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控制变量法在物理教学的价值

世界是普遍联系的,自然界发生的各种现象往往是错综复杂的,并且被探究的对象往往不是孤立的,总是处在与其他事物和现象的相互联系之中,因此影响探究对象的因素在许多情况下并不是单一的,而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握探究对象的各种特性,弄清事物变化的原因和规律,单靠自然条件下整体观察探究对象是远远不够的,还必须对探究对象施加人为的影响,造成特定的便于观察的条件,这就是“控制变量法”。

初中物理所指控制变量法,是指适时地恰当地控制对我们所要研究的物理量相关的或有影响的因素、条件,在众多的会引起物理量发生变化的因素中,只让要研究的因素(物理量)发生变化、发生改变,观察物理量会如何随着这个因素的变化而变化,而让其他的暂时不研究的因素保持不变。

一、控制变量法在初中物理教学中的地位

物理学是一门以观察和实验为基础的学科,大多数物理规律都是在实验的基础上建立起来的,要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律,就必须培养学生探究物理规律的能力。而控制变量法作为一种常用的、有效的探索物理规律的科学方法,在初中物理新课程教学中得到了特别广泛的应用,许多物理概念或规律的探索和推导,演示实验、分组实验的教学,它不仅仅是用来探究物理规律,同时也是用来分析、解决物理问题的好助手。

二、控制变量法在初中物理教学中的运用

1.在物理试验探究中,运用控制变量法能有序地分解和呈现问题在物理探究实验中,如果影响某一物理量变化的因素比较多时,那么要研究这些因素的变化对该物理量是否有影响时,就需要使用控制变量法去研究,将复杂的、多变的物理问题转化为简单的变量问题,将多因素的、抽象的大问题,转变为直观的容易操控的小问题,转化为特定的便于观察的条件进行研究。通过对相关测量数据的深入研究、分析判断、总结归纳,最后找出这个因素跟我们想要研究的物理量是什么关系。

案例1:研究导电体的电阻大小与导电体的哪些特性有关时,先将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中,让学生分别观察灯泡发光的亮度,再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中,观察小灯泡的亮度,并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关。所以,要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素中任何一个因素间的关系,就要人为地控制另外两个因素,使它们相等。在这种探究过程中,控制变量法,有序地分解和呈现了物理问题,帮助学生对影响物理量的多个因素逐一进行研究。这种探究,思路非常清晰,能帮助学生快速、准确地设计和完成探究。

2.在物理习题中,运用控制变量法,能帮助学生迅速确定解题思路控制变量法除了物理实验探究中的应用外,还常用于比较物理量大小和分析、解析实际问题等。而且物理中考试题中有关控制变量法的考察是必考题型。因此,教师在课堂上要有针对性地举一些有关控制变量法的试题,从不同角度、不同知识点去引导学生运用控制变量法解决习题中的物理问题,使学生能熟习这类解题方法,从而有目的的去应用这种方法解题和规范作答,提高学生的解题速度,提高正答率。

案例2:在照明电路中接入大功率的电炉,电线将显著发热,有可能烧坏它的绝缘皮,甚至引起火灾,请你用学过的物理知识(如:电功率、焦耳定律),简要说明这是为什么?题目分析:这是一道利用控制变量法去解释实际问题的典型题目,题目所讲述的是电线的发热问题,解题思路为:要找出对发热有影响和没有影响的物理量来分析说明。因此,对电线而言,其电阻不变,接入大功率的电炉后,电流显著增大,由电功率公式P=I2R可知,此时电线中的热功率显著增大,相同时间内发热也显著增多,所以在照明电路中接入大功率的电炉后,电线将显著发热,有可能烧坏它的绝缘皮,甚至引起火灾。

案例3:同一水平桌面上放有长方体木块和铁块各一个,现想探究木块和铁块的下表面谁更粗糙,请你只利用一个量程满足实验要求的弹簧测力计,设计一个实验来验证你的猜想,写出实验的步骤、现象和结论。题目分析:这种试题主要考察学生运用控制变量法设计实验以及对实验进行评价的能力。怎样才能比较出两物体表面的粗糙程度?影响滑动摩擦力大小的因素是压力的大小和物体表面的粗糙程度(分析变量)。我们知道,在压力相同时,摩擦力越大,物体的接触面越粗糙。因此在设计本题的实验方案时,首先要保证压力相同(控制变量),可将木块和铁块叠起来解决。所以说控制变量法是一种解决物理问题的常用科学方法,它不但能解决现有初中物理问题,对于一些初中没有学习过的物理问题或其他学科的问题,也可以运用它来解决,教师要善于引导学生触类旁通。总之,控制变量法的教学充分体现了新课标教学理念。物理教师在传授知识的时侯,要注意培养学生利用控制变量法来探究物理规律的能力,为学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力打下坚实的基础。提高初中物理教学效率。

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