控制变量法在初中物理电学中的运用

杨华

【摘要】电学是初中物理阶段比较重要的知识模块，也是后续学习电学知识的重要基础.初中学生正处于思维和能力迅速发展的时期，感性认知不强，而电学知识中所包含的内容关系具有一定的复杂性，增加了学生的学习难度.控制变量法可以应用于电学知识的认知、电学规律的理解以及电学实验的分析，有助于降低知识难度，帮助学生理解，提升学生学习电学知识的兴趣和能力.

【关键词】控制变量法；初中物理；课堂教学

所谓“控制变量法”，其实就是在进行某一物理问题研究，或者分析一个物理量与其他因素之间的关系时，一次仅改变一个因素，维持其他物理量不变，分析这项因素与所研究的问题之间的关系，不但需要厘清问题与条件之间的关联，还应猜想控制变量问题.也就是说，在初中物理教学中应用控制变量法，可以帮助学生深刻理解物理知识的规律和内涵，对于提升学生的学科素养，培养学生的探究精神和实践能力等都具有重要作用.

1 控制变量法概述

在物理学的范畴中，每一个物理量都具备影响这一物理量本身的条件和因素，而这些因素以及条件发生变化，就会引起物理量发生变化.在电学的学习中应用控制变量法，可以促进学生认识电学，深刻把握电学知识原理，不断构建有关物理量影响因素的认知，促进学生自主学习和自主解决实际物理问题的能力和水平.

在物理电学的学习中应用控制变量法进行研究，可以将复杂化的物理知识变得更加简单易懂.然而，部分初中学生因自律性不强等因素，在学习中尚不能够灵活、有效、独立地应用控制变量法.这要求初中物理教师在教学实践中重视组织与引导，能够有效帮助学生建立应用控制变量法解决初中物理问题的意识，培养学生应用控制变量法的能力.

2 初中物理教学的不足

2.1 过分关注学习成绩

尽管提倡素质教育，推进教学改革的口号已经唱响很多年，并在教育教学领域中得到广泛关注和落实，但是考试对我国学生和教师的影响仍然是无法取缔的，各种考试和考核仍然是进行人才选拔的最直接、最有效的方式.虽然，通过单纯的考试不能全面地确定学生的综合素质水平，比如活动准备能力、学习积极性等，但是就目前的社会环境而言，多数人都只看重结果，而忽视过程，对于初中学生更多的是关注学习成绩，而忽视学生多方面的能力.所以，考试制度和考试成绩仍然是初中学生在学习物理过程中必须要面临的问题.

2.2 自主学习时间不足

初中物理重视知识的探索与实践，电学知识更需要学生通过实验实操去认识和了解物理原理.单纯依赖理论知识的讲解以及课上学习时间，是难以深刻认识和熟练应用知识解决实际问题的，需要学生充分利用课余的时间进行知识预习、复习和巩固等.但是，就目前初中物理教学的课程设置而言，尽管多数学校都设置自习时间，但却会经常被其他学科教师占用，学生自主学习和巩固物理知识的时间也就有所减少，这就导致学生的物理学习能力和解题能力不能得到有效的锻炼.另外，面对中考的学习压力，学生对于占用自习课的情况会感到厌烦，甚至会失去对学科的学习兴趣.

2.3 缺乏硬件设备

缺少充足的硬件设备是导致目前多数学校物理课堂无法开展实验教学的根本原因.众所周知，物理课程以实验为基础，以探究为根本.然而，部分学校并不具备充足的物理实验仪器，实验环境简陋.尽管学生对于物理实验探究充满好奇心，但是受硬件设备短缺的限制，致使很多物理实验难以由学生亲手操作完成，而是由教师进行示范实验，甚至是只通过口头描述来实现，这会明显影响学生的学习兴趣和主动性.

3 控制变量法在初中物理电学中的应用

3.1 控制变量法在探究物理电学规律中的应用

在初中物理中，电学占有重要比重，而“欧姆定律”是电学中的重点和基础内容，属于电学的核心.在以往的学习中，学生可以掌握电学中关于电压、电流和电阻的基本概念，那么关于三者之间存在怎样的关系，教材中安排了较为完整的探究活动，其中包含了三个要素：（1）怎样应用控制变量法进行实验设计；（2）采用什么方式确保哪个变量不变；（3）用什么方式改变哪个物理量.

首先，保持电阻不变，改变导体两端的电压，来探究电流与电压之间的关系.其中，保持电阻不变的方式为使用定值电阻.改变导体两端电压的方式可以有两种方式.

（1）图1中，改变电源两端电压即可改变导体两端电压.使用这个电路，可以使学生更加容易地应用控制变量法来分析电压和电流之间的关系，便于学生了解和掌握知识重点.

（2）如图2所示，采用调整滑动变阻器的方式也能够达到改变电阻两端电压的目的.这样能够使学生清晰地明白所需要研究的对象是定值电阻这部分内容，而选用滑动变阻器的目的是改变定值电阻两端的电压.

其次，保持导体两端电压不变，调整电阻，分析电阻和电流之间的关系.改变电阻的方式可以选择使用不同定值电阻的方式进行，而电阻变化的同时，应确保导体两端电压不发生改变，可以采用的方式可以分为以下两种：第一种方式是使用同一电源即可确保电压的稳定，而更换不同的定值电阻，能够更加明显地总结出电阻与电流之间的关系，使问题简化.若实验中使用的电源为干电池，由于电池有内阻，一旦外接电阻发生变化，其两端的电压也会发生相应的变化，进而影响实验结果.第二种方式是更换不同电阻值的电阻，滑动变阻器的滑片不动，则定值电阻两端的电压会发生变化.若在实验过程中，电阻值和电压都发生变化，就难以明确影响电流的具体因素是什么了.在实验过程中，初中学生经常会忽视这一点，所以，教师应指导学生注意电压表的变化，保证实验过程中电压表的数值不发生变化.

通过以上两个实验研究，在不斷地控制变量过程中，学生既可以比较容易地认识到，导体中的电流和导体两端的电压与电阻之间的关系，在实际操作中深化对教材中知识的认识，降低了理论知识的难度，使抽象知识更加具体化.

3.2 控制变量法应用于电阻学习

在学习电阻的相关知识时，必须立足于学生学习电路知识时所了解的电压、电流知识，这样就使学生更容易理解和接受.但是，基于这样的前提，初中学生对于物理知识的科学探究方式依然没有什么概念.这需要教师在教学中巧妙地把握教学方式，善于使用有效的教学方法来构建高效课堂.在物理电学中应用控制变量法来辅助学生理解，可以配合相关例题进行分析和讲解，帮助学生深化理解知识内容.在以往的学习中，学生对电压和电流有了基本的了解，所以在后续的电阻学习中不会产生很大的学习压力和陌生感.在教学中，结合教学大纲的要求和教学目标完成教学任务后，可以有针对性地利用控制变量法进行例题分析.

例如 在研究“导体电阻的影响因素有哪些”的电学實验中，如果将一根粗细均匀的导体平均分成两段后，分别连接到以下电路中，如图3，这样做的目的是研究（ ）问题.

（A）导体电阻和温度之间的关系.

（B）导体电阻和电阻长度之间的关系.

（C）导体电阻和材料之间的关系.

（D）导体电阻和横截面之间的关系.

例题解析 通过题目分析可以发现，两段导体是由同一导体分割而来，且原导材质纸均匀，可见分割后的两段导体在温度、横截面和材质上是相同的，而二者之间的差异只表现在长度上，所以选项（B）为正确答案.

3.3 控制变量法应用于初中物理电学实验

在初中物理课程中，关于总结“电磁铁磁性强弱的影响因素”这一实验教学中，学生会接触到下面这道例题：小明研究“电磁铁磁性强弱的因素”时设计了如下电路装置，见图4，装置的结构包括滑动变阻器、电源、带铁芯的螺线管、开关、自制刻度板.在实验过程中，小明发现：①当P（滑动变阻器的滑片）向（ ）滑动时，B（指针）的偏转角度会（ ）.②保持P的位置不变，当a（导线）由原来的与2号接线柱连接改为与1号接线柱连接，那么开关闭合后，B的偏转角度会（ ）.通过研究电磁铁可以得出，在线圈的匝数确定，电磁铁的磁性随着通过其中的电流量增加而（ ）；如果通过电磁铁的电流是确定的，电磁铁的磁性随着线圈匝数的减少而（ ）.

这个实验的整个研究流程都是应用控制变量法来进行的，但是，在第二个环节中在使线圈匝数发生变化的同时，螺线管电阻也随之改变，电流也发生变化.所以，在进行第二环节的讲解中，教师应重点强调，如果线圈不长，可以忽略电阻.在a改变接线柱时，可以视为通过电阻的电流未发生变化，所以可以得到这样的结论：当电流为定量时，电磁铁的磁性随着线圈的匝数增加而增强.如果线圈电阻是不能忽略的条件，就应该在实验中串联电流表，当改变导线接线柱后，调节好电阻调节片，确保两次实验过程中所通过的电流是一致的，才能得出正确的结论.

3.4 控制变量法在初中物理习题中的应用

总结近年来的初中物理电学测试题不难发现，“比较物理量的大小”是一个重点考查的知识点.并且，是初中学生失分率较高的知识内容.这主要是初中学生尚未把握解题的窍门，解题思路不清晰导致的.笔者在分析和总结中发现，在这类题型的解答中使用控制变量法能够取得较好的效果.

控制变量法其实就是由大于等于2种因素控制一个物理量.只有控制其中一个因素不发生改变，才能证实这个物理量是否变化.

例如 在同等温度条件下，同等质量的铁块和铜块，吸收同等热量后，（ ）的温度较高.

（A）铜块. （B）铁块.

（C）同样. （D）不能确定.

4 结语

控制变量法对于多变量问题的分析具有积极的作用.控制变量法能够在电学知识的学习中帮助学生了解电阻、电流和电压三者之间的关系，在日常教学中应重视引导学生领悟其中的深刻意义，使其能够灵活应用于具体问题的分析.

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