義務(wù)教育物理課程中控制變量思想的目的性分析

1、義務(wù)教育物理課程中控制變量思想的目的性分析義務(wù)教育物理課程中控制變量思想的目的性分析1課標(biāo)要求在義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)2022年版的課程性質(zhì)局部指出義務(wù)教育物理課程應(yīng)綜合反映人類在探究物質(zhì)、互相作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律等過(guò)程中的成果。物理學(xué)不僅含有探究大自然的知識(shí)成果，而且含有探究者的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神等。由此可以看出物理學(xué)豐富的內(nèi)涵，涉及物理知識(shí)、物理方法、物理思想、物理態(tài)度和物理精神5個(gè)方面。在課程的詳細(xì)施行中，一般以知識(shí)作為載體，以方法作為通道，以思想作為目的，使學(xué)生由外而內(nèi)深入地領(lǐng)悟知識(shí)，從而端正科學(xué)態(tài)度，繼而由內(nèi)而外地物化思想發(fā)揚(yáng)科學(xué)精神，使整個(gè)學(xué)習(xí)思維過(guò)程融會(huì)貫穿、淋漓盡致

2、。2科學(xué)方法與科學(xué)思想科學(xué)方法與科學(xué)思想在某種程度上無(wú)法別離，甚至共為一體。在義務(wù)教育物理課程中，尤其是實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了很多科學(xué)方法，并有相對(duì)應(yīng)的思想浸透其中。2.1放大法放大法，又可稱為累積法。例如，在要測(cè)量一條導(dǎo)線的直徑時(shí)，直接測(cè)量操作難度大，且誤差較大，故可采用放大法累積法進(jìn)展測(cè)量?？梢詫?dǎo)線嚴(yán)密地纏繞在一個(gè)光滑的柱狀物體上，然后測(cè)量幾十匝或者幾百匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度，然后除以匝數(shù)可獲得導(dǎo)線直徑。這種方法其實(shí)是化零為整的思想，提供應(yīng)學(xué)生一種思想方法：面對(duì)細(xì)小物體的測(cè)量問(wèn)題應(yīng)該具有怎樣的思維方向和思維意識(shí)。本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理2.2類比法因?yàn)橹袑W(xué)生的經(jīng)歷知識(shí)在學(xué)習(xí)活動(dòng)中是不可忽略的學(xué)習(xí)背景，

3、對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有很大的影響，因此，將學(xué)習(xí)過(guò)程與現(xiàn)實(shí)生活適當(dāng)?shù)仡惐?，可以減少學(xué)生的思維跨度，加強(qiáng)新知識(shí)的親切感和立體感。比方，為了幫助學(xué)生理解電流和電壓，可以把電流、電壓與水流、水壓進(jìn)展類比，抽水機(jī)提供了水壓，水壓使水沿著一定的方向流動(dòng)形成水流，水流通過(guò)渦輪使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)消耗水能。類比法所浸透的思想是由此及彼的思想：讓學(xué)生學(xué)習(xí)到如何用自己理解的此去理解新知識(shí)的彼。2.3控制度量法縱觀義務(wù)教育物理課程中使用最多的科學(xué)方法應(yīng)該是控制變量法，其主要表達(dá)在兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)方法，二是物理量及其計(jì)算公式的引人。2.3.1實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)中的控制變量法，即保持一個(gè)或多個(gè)量不變，使另一個(gè)或多個(gè)量改變，來(lái)探究這些量之間的關(guān)

4、系。其實(shí)，在小學(xué)階段的科學(xué)課程中，就對(duì)控制變量這一思想有所浸透。在科教版5年級(jí)科學(xué)上冊(cè)第1節(jié)課就引入了這一方法。當(dāng)然，對(duì)于小學(xué)生并沒(méi)有正式給出方法確實(shí)切名稱，整個(gè)探究過(guò)程是在比照活動(dòng)中進(jìn)展的。課本要求學(xué)生探究水是否對(duì)種子的發(fā)芽有影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程保證其他因素不變，只是給實(shí)驗(yàn)組定期加適量水，對(duì)照組不加水，過(guò)一段時(shí)間，比照兩組實(shí)驗(yàn)種子的發(fā)芽狀況，從而得出結(jié)論。比照實(shí)驗(yàn)是小學(xué)階段科學(xué)課上較常用的一種實(shí)驗(yàn)方法。要想科學(xué)地完成比照實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)展控制變量。變量是指在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)生變化的因素?？刂剖潜日諏?shí)驗(yàn)的靈魂，實(shí)驗(yàn)中變量控制的好壞決定著比照實(shí)驗(yàn)的成敗。由此可見(jiàn)，控制變量的思想在

5、小學(xué)階段就已經(jīng)進(jìn)入課堂，從某種意義上可以說(shuō)，比照方法是控制變量方法的雛形。小學(xué)階段通過(guò)比照實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的探究意識(shí)進(jìn)展啟迪，并隨著學(xué)生身心的逐漸開(kāi)展與完善，對(duì)這一方法會(huì)有更深入的認(rèn)識(shí)和理解。因此，在初中物理課程中的很多物理實(shí)驗(yàn)都是采用了控制變量法對(duì)問(wèn)題進(jìn)展探究的。比方，探究滑動(dòng)摩擦力的影響因素，影響蒸發(fā)快慢的因素，動(dòng)能的影響因素，電磁鐵磁性的強(qiáng)弱等，不同之處是有的實(shí)驗(yàn)很明顯是運(yùn)用控制變量法進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，而有的是將控制變量思想隱含其中。以北師大9年級(jí)物理在研究重力勢(shì)能時(shí)的影響因素為例，要求學(xué)生通過(guò)觀察和考慮得出影響重力勢(shì)能的因素，教材內(nèi)容如圖1所示?？梢钥闯黾捉M實(shí)驗(yàn)只改變鐵塊高度這一因素，保持鐵塊質(zhì)量一

6、樣、木質(zhì)小桌一樣、沙子量一樣等來(lái)研究高度與重力勢(shì)能的關(guān)系；乙組只改變鐵塊的質(zhì)量，保持高度一樣、木質(zhì)小桌一樣、沙子量一樣來(lái)研究質(zhì)量與重力勢(shì)能的關(guān)系。不難看出，在這個(gè)考慮與觀察的過(guò)程中，學(xué)生必須把握好不變因素與變量因素才能明晰地分析問(wèn)題得出正確的結(jié)論。但是，教材中并沒(méi)有提出這是控制變量方法的運(yùn)用，但這種思想很顯然浸透其中。2.3.2物理量及其計(jì)算公式其實(shí)，義務(wù)教育物理課程的很多概念都是基于控制變量思想而給出的，比方密度、比熱容等。那么，物理概念的控制變量思想如何表達(dá)？下面以密度的學(xué)習(xí)為例進(jìn)展討論。密度概念的學(xué)習(xí)無(wú)處不浸透著控制變量的思想。在學(xué)習(xí)密度這一課時(shí)，首先，會(huì)向同學(xué)呈現(xiàn)不同的物體，讓學(xué)生利用

7、不同的方法進(jìn)展區(qū)別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍使用感覺(jué)器官，比方眼睛、鼻子進(jìn)展區(qū)分，均屬于感官識(shí)別。感官識(shí)別是通過(guò)最明顯、區(qū)分度最大的因素進(jìn)展甄別，不考慮其他因素，與控制變量思想有異曲同工之妙：抓住最主要的因素，對(duì)其他因素進(jìn)展適度處理。但繼而向?qū)W生展示外觀一模一樣的兩個(gè)長(zhǎng)方體，并告知學(xué)生一個(gè)是鐵塊，一個(gè)是木塊，詢問(wèn)學(xué)生如何區(qū)別。當(dāng)感覺(jué)器官無(wú)力解決問(wèn)題時(shí)，學(xué)生就會(huì)進(jìn)展略微復(fù)雜的思維過(guò)程，但學(xué)生并不難得出通過(guò)稱質(zhì)量來(lái)判別，質(zhì)量大的是鐵塊，反之是木塊。再舉一例，有兩個(gè)質(zhì)量一樣的物塊，仍然一個(gè)是鐵塊一個(gè)是木塊，又該如何判斷？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)歷很容易得出體積大的是木塊，反之是鐵塊。隨即，老師引出問(wèn)題：那么，我們是否

8、可以通過(guò)研究質(zhì)量和體積來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)呢？面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生好似知道，但又說(shuō)不清楚。此時(shí)，學(xué)生已經(jīng)有所意識(shí)：一個(gè)因素一樣，判斷另外一個(gè)因素即可，但是詳細(xì)的定量關(guān)系無(wú)法確定。于是，老師就引導(dǎo)學(xué)生研究質(zhì)量與體積的關(guān)系，通過(guò)某種途徑在他們之間搭一座橋來(lái)溝通聯(lián)絡(luò)，因?yàn)椋暗膬山M判斷就是在體積一樣時(shí)，根據(jù)質(zhì)量大小來(lái)確定，質(zhì)量一樣時(shí)，根據(jù)體積大小來(lái)確定而得出結(jié)論的。這個(gè)過(guò)程中有3個(gè)變量，分別為：物質(zhì)、質(zhì)量、體積。自由組合可以分為4組實(shí)驗(yàn)：一樣體積的不同物質(zhì)，它們的質(zhì)量一樣嗎；不同體積的一樣物質(zhì)，質(zhì)量是否一樣呢；一樣質(zhì)量，不同體積的物質(zhì)一樣嗎；不同質(zhì)量，一樣體積的物質(zhì)一樣嗎？很多老師是通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)同種物質(zhì)

9、的質(zhì)量，體積成倍增加，直接來(lái)向?qū)W生說(shuō)明，學(xué)生其實(shí)并未覺(jué)察數(shù)據(jù)中的奧秘，所以接下來(lái)老師引導(dǎo)學(xué)生用質(zhì)量除以體積，繼而引出密度概念。這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的思維是有斷層的。毫無(wú)疑問(wèn)，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)這樣成倍的關(guān)系，因?yàn)閷W(xué)生根本沒(méi)有這樣的意識(shí)，會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：為什么就要除？而且假如要通過(guò)觀察分析數(shù)據(jù)得出，必需要有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那樣才會(huì)比擬直觀地表達(dá)這一結(jié)論。但對(duì)于有限的課堂時(shí)間，課堂上記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量缺乏以完成結(jié)論的得出。其實(shí)，這里碰到的只是一個(gè)思維的轉(zhuǎn)變，學(xué)生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到：學(xué)習(xí)知識(shí)是為了使今后的學(xué)習(xí)和生活更加便捷。老師只要告訴學(xué)生：要區(qū)別兩個(gè)物體，當(dāng)體積一樣時(shí)，只要比質(zhì)量就可以，那么體積可以是l3、23、33等

10、，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的人可能選取的體積不同，那么，怎么才能最簡(jiǎn)單地比擬？學(xué)生自然而然也認(rèn)為體積一樣才可以有良好的比照性，而且體積都固定為13才最簡(jiǎn)單。這樣學(xué)生很自然會(huì)將質(zhì)量和體積作除法，緊接著面對(duì)計(jì)算后的數(shù)據(jù)，學(xué)生會(huì)容易地得出不同的物質(zhì)，質(zhì)量和體積的比值不同；一樣的物質(zhì)，質(zhì)量與體積的比值一樣。此時(shí)，密度的概念其實(shí)已經(jīng)得出，即質(zhì)量與體積的比值。學(xué)生就會(huì)明白對(duì)數(shù)據(jù)做這樣的處理，只是通過(guò)化作最直觀的比擬形式，幫助判斷。這樣，學(xué)生的思維會(huì)更加流暢，學(xué)習(xí)情緒也會(huì)更加高漲。其實(shí)，這個(gè)過(guò)程運(yùn)用的就是控制變量的思想，保證無(wú)關(guān)變量一致，去研究單一變量。這個(gè)過(guò)程并不是有多么深?yuàn)W，只是一個(gè)去繁從簡(jiǎn)的過(guò)程。物理學(xué)中的很多

11、方法思想都在表達(dá)物理的簡(jiǎn)潔美，比方：等效思想、理想模型思想等。除了密度這一重要概念浸透控制變量思想，還有比熱容、速度等。比方，要比擬兩種物質(zhì)比熱容，只有保證質(zhì)量一樣、升高或降低的溫度一樣，吸收或放出的熱量才具有可比性；要比擬兩者的速度，保持時(shí)間一樣，僅通過(guò)比擬路程多少，就可得出準(zhǔn)確結(jié)論。關(guān)于一些應(yīng)用控制變量法進(jìn)展探究的實(shí)驗(yàn)亦是如此。比方，在研究電阻的影響因素時(shí)，對(duì)于探究長(zhǎng)度因素的影響，是通過(guò)保證材料、橫截面積、溫度一樣的條件下進(jìn)展研究的，這一過(guò)程就是在制造可比性，從而確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。4完畢語(yǔ)對(duì)于控制變量思想，最核心的內(nèi)容應(yīng)該是：如何使研究對(duì)象具有可比性和可觀察性。控制變量是一種方法，一種研究單一因素影響力的方法；是一種角度，一種從錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題中求得解決方案的角度；是一種思想，是一種平衡次要問(wèn)題，突出主要問(wèn)題的思想；更是一種態(tài)度，一種如何公正公平地去衡量某一事物的