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浅谈控制变量法的应用

【字体: 】 【编辑日期:2012/3/29】 【作者/来源:管理员】 【阅读:

 

 
               浅谈控制变量法的应用
                      (四十二中物理组贾丽)
在解决实际问题时,如果能恰当运用科学方法进行分析,能起到提高解题速度与准确率的良好效果。有时,方法比知识更重要,授人以鱼,可供一餐之需,授人以渔,则使人终生受益,说的就是这个道。在中学物理学中,通过对一些实际问题的解决过程,使学生懂得如何应用“控制变量法”等科学方法去分析。在物理教学中,针对学生思维特点,把这种方法有机地融入学生的研究性学习活动中,可以极大地激起学生学习的内因与动因。通过经历与科学工作者进行科学探究的相似过程,学习知识,体验乐趣,掌握方法,领悟思想和精神。不但有效地提高课堂教学质量和效益,对培养学生的科学探究和创造能力也是极为重要的。
一.在中学物理探究实验过程中控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。具体做法是根据研究目的运用一定的手段(控制实验仪器设备等)主动干预或控制自然事物、自然现象发生发展的过程,在特定的观察条件下去探索客观规律。例如:在引导学生探索、研究导电体的电阻的大小同导电体的哪些特性有关时,可先故意将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串联接有八个小灯泡的直流电路中,让学生分别观察灯泡亮度。
教师:刚才的实验现象能否说明电阻大小与导电体的某个特性有关?
学生:(经过思考与讨论)不能。
然后教师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。
教师:思考这个实验能否说明电阻大小与导电体的某种特性有关。
学生:(经过激烈的争吵、讨论)不能。
教师: 那么我们应该取怎样的两根金属丝串入上述电路来做这个实验呢?导电体的电阻大小到底与哪些因素有关呢?(同时向学生出示课前准备好的几根金属丝让他们选择)。
学生们经过思考并相互讨论后有以下三种意见:(1)应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金金属丝进行上述实验;(2)应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金金属丝进行上述实验;(3)应取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金金属丝进行实验比较。
这时,教师可适时指出上述几种方法都可以,同时指出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。并指出这种实验的方法就是“控制变量法”。再让学生运用这一方法系统地进行上述实验,使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法。
在中学物理教学中还有许多概念或规律的探索和推导的实验过程中,也运用了“控制变量法”这一科学方法,如在引导学生探索“导电体中电流大小同其两端电压大小和其电阻大小之间的定性关系”,研究电流跟电压、电阻的关系的实验中,如下图,我们先使电阻箱的电阻取某一值,多次改变滑动变阻器的阻值,记录每次的电流和电压的值,得到“电阻不变时电流与电阻两端的电压成正比”的关系,然后多次改变电阻箱的阻值。调节滑动变阻器的滑片,使每次电压表的示数保持不变,记录每次电阻箱的阻值与相对应的电流的值,从而得到“电流与电阻成反比”的关系
 
              图1
这个探究实验,若放手让学生自己探究,学生根本无法得到正确的关系。特别足探究电流与电阻关系时。控制电压这个物理量特别重要。运用一定的手段主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程,在特定的客观条件下,探索客观规律,这也是科学研究中必不可少的。像上例中。如果不采用控制变量法,在调节电阻箱的阻值后,不通过R`来控制电压表的示数,就会得出“电流与电阻成正比” 的恰恰相反的结论。探究教学,符合中学生的心理特点和学生的认知规律,有助于激发学生的学习必趣,有利于发挥学生的主观能动性,便于提高学生的观察能力、实验能力、思维能力和自学能力,是现代教育的必然趋势。在探究过程中使用控制变量法时应注意:① 教师在课前要做好大量的准备工作,为所探究的问题没 种种可产生的结果,做好充分的思想准备和解决方案,层层设疑,层层控制,避免盲目性,结论乱七八糟。学生人口一词,无法达到预期的效果。② 备教材的同时备学生,因材施教,因材施控。对成绩较好的学生,基础扎实。且有一定的分析推 能力的学生,少控制,多放手让学生施展个人的创新能力,探索结果;对成绩较差、动手能力不强的学生。要循循善诱,密切引导他们,一步步进入成功的殿堂。③ 善于发现学生的细微进步,在探究学习中的任一个突破对学生来说都足来之不易,学生都会欣喜若狂,抓住这个时机及时给予表扬和鼓励,会大大刺激学生的求知欲和自信心,为探究教学进一步的开展奠定思想基础。④对较难探究的内容。可采用控制变量的方法,减少学生探究道路中的阻力和不必要的障碍;对较易探究的内容则要少控制其中的物理量,甚至不控制物理量,全而放手,让学生自己搏一搏。探究性教育能让学生充分开动脑筋,发挥个人潜质。控制变量法足探究教学中重要方法之一,合理运用主动引导会使探究教学效果更理
二,在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时,如能灵活运用“控制变量法”进行分析,有时可起到事半功倍的效果。在中学物理中,可用这种方法去分析和解决的实际问题是很多的。这就为这一科学方法的教学和应用提供了很好的机会。例如,有这样一道题:质量相同的水和煤油,吸收相同的热量,谁的温度升高较大?对于这一道习题。初看起来似乎有一定的难度,因为这样简短的句话中包含了四个相互关联的物理量,也就是说,要比较谁的温度升高较大,就要同时分析其它三个物理量(质量、热量、比热容)对它的综台影响,如果没有一种科学的分析方法。要解决这样一个实际问题,不仅费时费力,且准确率不高,但如能对学生加以恰当的引导。让他们考虑是否可用物理实验中常用的科学方法来解决这道实际问题。经过思考及同学间的相互讨论,许多同学便会想到用该法结合公式Q=cmt 来解决这个问题,思路是这样的:因为这个问题要解决的是 (升高的温度)的大小,所以先将此公式变成t=Q/cm 的形式.再分析题目发现,m(质量)、Q(热量)相同,即这个问题中t仅取决于c(比热容),且从t Q/cm 这一关系式中可以看出,与c成反比,而水的比热容大于煤油的比热容,因此很容易得出这个问题的答案是: 煤油升高的温度比水大。可见,在解决物理问题时,如能恰当运用科学方法进行分析,确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果,更为重要的是,通过这一实际问题的解决过程,使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试。在中学物理(如在力学、电学、热学)中,可用这一科学方法去分析解决的实际问题还很多,这就为学生灵活应用这一科学方法解决问题提供了保。
 
控制变量法既是研究、分析问题的重要方法,也是解决问题的重要方法。巧用控制变量法,可以化繁为简,化难为易,提高答题速度。通过上述分析知:控制变量法在经典物理学发展中发挥着重要作用,同时在科学探究及解决实际问题中有着广泛的应用。所以,在中学物理教学的过程中,我们应该教会学生学会并逐步熟练运用控制变量法这种科学研究方法。