第三节研究变量的确定和无关变量的控制方法
一、变量的定义和类型
1.何为变量
变量是不同的个体具有不同的价值和条件的特征。与变量相对的概念是常量。常量是一个研究中所有个体都具有的特征或条件。在教育研究中，问题的描述本身通常仅仅提供研究的大致方向。它往往不包括所有具体的信息。因此，在我们更具体清晰地表述研究问题和整体研究方面的具体信息时，我们需要使用一些基本的概念，这些概念就是常量和变量。
在教育研究中，常量不是要研究的内容，研究要探讨的是变量之间的关系。一项研究通常至少涉及两个变量之间的关系。例如，如果我们想比较两种不同的教学方法对5年级学生学科成绩的影响，那么，这当中，年级水平就是一个常量，因为每个被研究的个体都是5年级学生，而教学方法和教学方法实施后进行学科测验所得的分数则是变量，且是此项研究所要研究的主要变量。但是，这项研究中涉及的变量却并不是仅仅这两个，就被试来说，除学科成绩外，智力水平、学习动机、兴趣爱好、能力等因素在质和量上可能都是不同的，都是存在差异的，而且这些变量交织在一起，都可能对研究结果产生影响。鉴于教育研究中往往涉及多个变量及其相互关系，且每个变量由于研究性质、目的的不同而在研究中的作用也不一样，有必要对变量加以分类。
2.变量的类型
在教育研究中，最重要的、应用最广泛的变量是自变量、因变量和无关变量：
（1）自变量，又称刺激变量。是引起或产生变化的原因，是研究者操作的假定的原因
变量。当两个变量存在某种联系，其中一个变量对另一变量具有影响作用，我们称那个具有影响作用的变量为自变量。例如，研究不同的教学方法与学业成绩的关系，采用不同的教学方法后，学生的学业成绩发生了变化，这当中，教学方法就是该项研究中的自变量，是研究者要操纵的变量。
（2）因变量。因变量又称反应变量，也称依变量。是受自变量影响的变量，是自变量作用于被试后产生的效应，是研究者要测定的假定的结果变量。当两个变量存在某种联系，其中一个变量对另一个变量具有影响作用，我们称那个被影响的变量为因变量。例如，我们想研究噪声对学习效果的影响，噪声就是自变量，研究者可以通过改变噪声的时间或程度来操纵这个变量。而学习效果则是因变量，它是噪声这个自变量作用于被试后产生的效应，是研究者要测量的结果变量。
（3）无关变量。无关变量有时也称控制变量。是指与特定研究目标无关的非研究变量，
即除了研究者操纵的自变量和需要测定的因变量之外的所有变量。是研究者不想研究，但会影响研究进程的需要加以控制的变量。例如，研究两种不同的教学方法对学生学业成绩的影响，在这里教学方法是自变量，学业成绩是因变量，除此之外的其它各种因素，如教学时间、教学环境、学生的智力、原有的知识基础、家教辅导等都是无关变量。这些因素可能会干扰自变量与因变量的对应关系。当这些因素与教学方法（自变量）的作用混杂在一起时，往往导致人们难以确定两种教学方法效果的优劣。如果研究者能有效地控制这些无关变量，研究结果就会比较明确可靠。
二、定义研究变量〔1〕
课题中的主要变量或概念一经确定，接下来就要给这些变量下定义，界定变量的含义。
但是变量是有变化、有差异的因素，人们对它们的认识和理解往往不一致，解释也不尽相同。例如，什么是素质，什么是阅读能力等，不同的研究者都会有不同的看法。在研究中，变量或概念本身不会告诉研究者要搜集什么样的资料或怎样进行测量，这需要研究者给予变量以定义，赋予变量以意义。
给变量下定义的目的在于提供变量的精确含义，便于他人理解，并作为研究者对变量进行操作和测量的依据。给变量下定义的方法主要有两种：一种是抽象性定义，二是操作性定义。一般来说，当研究变量一经确定，先提示抽象性定义，然后下操作性定义。
1.抽象性定义
抽象性定义就是从抽象的概念意义上对变量共同的本质属性进行概括。词典中对名词术语的定义通常就是抽象性定义，其特点是用一个概念来界定另一个概念，在定义中直接概括被定义变量的性质或特征。下抽象性定义的方法主要有以下几种：
（1）经典的定义方法
经典的定义方法即种差加属概念来界定变量。例如，教学是师生交往的过程这一经典
定义中，教学是被定义的概念，过程则是邻近的属概念，而师生交往的则是种差。
（2）从文献中寻找合适定义的方法
常用的变量或学术性概念一般都有通用的定义，研究者一般都能从专业的教科书、辞
典、百科全书等有关条目中找到合适的定义。采用辞典条目的定义来界定一个名词或概念是最简单、最常用的方法。如，阅读能力辞典上的定义为“独立地从书面符号中获取意义的能力”。自信心的定义为“一个人对自身力量的充分认识和估计”。采用从文献中寻找合适定义的方法，要注意应尽可能引用权威文献上的释义。
（3）自行定义的方法
有时没有现成的定义可以引用，研究者可以根据研究目的和研究问题的需要，对文献
中的相关定义略加修改来作为自行定义，以下定义方式可供参考：
例1.从变量的上位概念来界定：如，“智力”的上位概念是“能力”，智力的内涵和本
质特征是认知的、抽象思维的，将智力的特质作为上位概念的定语，智力就可以界定为“一个人的认识能力和抽象的思维能力”。
例2.从变量的本质来界定：如，“适应”是有机体与环境之间的平衡状态。
例 3.用同义词或近义词来界定：如“愤怒”就是“激怒”；“有效的教学”可以解释为“有较好学习效果的教学”。
例4.从变量的功能来界定：如，“创造教育”是鼓励学生充分思考、发挥创造力的教学。
例5.从变量的前因与后果来界定：如，“挫折”是一种因追求目标受阻后所形成的情绪反应。
抽象性定义可以对变量的基本性质进行概括、描述，可以涵盖变量的属性特征，便于与其它变量相区别。但是抽象性定义不能把概念与可观测的客观世界联系起来，研究中也无法据此来测量或操纵研究变量。例如，大家都知道儿童与成人一样，具有创造能力，我们可以给创造能力下抽象性定义，如创新能力、独特的思维能力等。但创造能力的具体指标是什么？如何去测定？大家的意见可能会很不一致。又如，“阅读能力”被定义为“独立地从书面符号中获取意义的能力”，但什么是“独立地”，“书面符号”具体指什么，怎样才算“获取意义”，“能力”有哪些指标等，如果这些问题不解决，阅读能力是无法具体测量和操纵的。
2.操作性定义
操作性定义是根据可观察、可测量、可操作的特征来界定变量的含义，即从具体行为、特征、指标上对变量的操作进行描述，将抽象的概念转换成可观测、可检验的项目。从本质上说，下操作性定义就是详细描述研究变量的操作程序和测量指标。在实证性研究中操作性定义尤其重要，它是研究是否有价值的重要前提。
下操作性定义的目的是为了能客观准确地测量变量；为他人重复验证提供具体的做法；便于别人和同行之间的学术交流。用测量操作方法来界定一个名词或概念的最大优点是具有明确客观的标准。当我们讨论一个问题或交流有关信息时，彼此都在同一层面使用同一个概念，都清楚所用的概念意味着什么，不会产生误解或歧义。即使对某一个概念产生疑问，也可以通过重复测量操作定义予以验证。在教育研究中，之所以有许多说不清、道不明的问题，但大一部分是由于对所探讨的概念没有明确客观的操作性定义，大家在不同的层面上，从不同的角度，用不同的定义来探讨同一问题。这样的研讨肯定会产生很多误解和歧义，很难获得一致的结果。
下操作性定义的方法很多，主要有以下3种：
（1）条件描述法
条件描述法通常是通过陈述测量操作程序来界定一个概念，是对所解释现象的特征或
可能产生的现象进行描述，对要达到某一结果的特定条件做出规定，指出用什么样的操作去引出什么样的状态，即规定某种条件，观察产生的结果。例如，要给“饥饿”下一个操作性定义，饥饿是一种自身感受，那么怎样才算饥饿了呢？心理学家用条件描述法给饥饿下了一个操作性定义：“饥饿”是指连续24小时没进食物的状态。这样，每个人都能对饥饿进行实际操作了。下面再举几个例子：
①竞争关系——两个以上的同伴，所处环境相似，大家都有相同的目标，但只允许其中一人达到目标，这时同伴之间的关系为竞争关系。
②智力——用《韦克斯勒儿童智力量表》（WISC-CR）测量所得的分数。
③自信心——学术对即将到来的期终考试可能获得的分数的估计值。
（2）指标描述法
指标描述法通常是通过陈述测量操作标准来界定一个概念，是对所解释对象的测量手
段、测量指标、判断标准做出规定。例如，“青少年”可以界定为“年龄在7岁以上，18岁以下的人”。再举下面几个例子。
①发散思维——对同一物体多种用途的设想能力，具体指标为在60秒内回答砖的用途达到10项以上。
②阅读能力——用阅读测验表上中等难度的文章进行测验，要求阅读速度达到200字/分以上；辨别达到90%以上；理解达到80%以上；记忆达到70%以上。
③差生——在标准化成就测验中的分数低于个人智力所预测的成就分数一个标准误差的学生。
（3）行为描述法
行为描述法通常是通过陈述测量结果来界定一个概念，是对所解释对象的动作特征进
行描述，对可观测的行为结果进行描述。例如，心理学家为了用饥饿的小白鼠做实验，给饥饿下了一个行为描述的操纵性定义：指一分钟内压低杠杆10次以上而获取食物的小白鼠。只有达到这样行为频率的小白鼠才属于饥饿状态。再举下面几个例子。
①旁观——注视别人的活动达2-3分钟以上，自己未参与。
②合作——对别人的活动给予支持，并直接参与活动，成为其中一员。
下操作性定义的基本要求是要提供观察或测量的标准，规定变量的操作程序，使抽象的概念成为可观察、可测量、可检验的项目。通常判断一个操纵性定义是否具有较好的操纵性，可将这
个定义向第三者描述，如果他表示理解这个变量的含义，并知道该如何去操纵、测量，那么这个定义往往是个比较好的操纵性定义。给变量下操纵性定义要注意以下几点：
首先，对研究课题中的重要的变量要下操作性定义，如研究假设中涉及的变量，在整个研究过程中起关键性作用的新概念、新名词等。
其次，应根据研究目的、内容以及变量的性质来下操纵性定义。操纵性定义要与变量的原意相符，要与抽象性定义的内涵和外延相符。
再次，操作性定义的设计要具体、明确。所提示的测量或操纵必须具有可行性，要使别人能理解操作内容和过程并能重复验证，要使被解释的事物成为可以看得到、摸得着，可以测量的项目。操纵性定义的指标成分应分解到能直接观测为止。
最后，操作性定义在使用过程中应该是独特的，它是研究者为了研究需要而规定的特殊解释，并非是对变量的全面的、唯一的解释。例如，智力量表上测得的分数并非是某个学生智力的全部，但在这项研究中，研究者就把这测得的分数看做为该生智力的指标，用来代表该生的智力，这就是操作性定义的独特性。
给变量下定义的实际过程中，抽象性定义可以涵盖研究变量所属的基本特征，解释范围较大，具有普遍性，但往往失之笼统，无法据此测量和操纵研究变量。操作性定义对变量的界定清楚明确，便于操纵和测量，但往往只能涉及变量的少数特征，具有明显的排他性，难以表达完整意义。比较理想的方式是先用抽象性定义描述变量的基本特征，然后再用操作性定义规定操作程序和测量指标。
三、无关变量的辨别与控制
无关变量是一个相对概念，相对于一项研究的自变量和因变量关系而言。同一个因素，在某一项研究中是无关变量，而在另一项研究中却可能不再是无关变量。例如，学生的智力水平，在“教学方法A、B对5年级学生数学标准化测验成绩的影响”研究中是一个无关变量，但在“学生智力水平与阅读能力发展关系”研究中却是自变量。因此，要在具体的研究中分析、辨别无关变量。
由于无关变量可能混杂在自变量中影响因变量的变化，因而可能会对研究结果的内部效度构成威胁，这在实验研究中称为混淆。因此，必须要对无关变量的影响加以控制或消除，否则就无法确定因变量变化的根本原因。一般而言，研究中的无关变量可能包括环境变量、程序变量和机体变量。环境变量和程序变量，主要包括物理环境的特点和由研究者的行为和特点引起的变量。例如，在关于两种不同教学方法的效果的对比研究中，农村和城市由于在社会环境、学校教学设施水平上的差异，对教学效果将产生影响，倘若对此不加以控制，就很难确定教学效果是由教学
方法的差异引起的，还是教学环境的不同造成的。此外研究者的动机、个性、期望和社会交往技能等也可能构成研究的无关变量。例如在对中小学生进行有关师生关系的问卷调查时常常委托不同班级的教师协助发放问卷，而教师对师生关系问题的敏感程度，或顾及班级、学校的声誉，可能会对学生回答问题加以某种暗示，从而产生无关变量。还有一种无关变量是机体变量，即被试固有的一些机体特征，如年龄、性别、智力水平等。也可能作为无关变量同自变量的影响发生混淆。
针对种种无关变量，可采取的控制方法主要有：
1.控制研究者的影响
针对研究者的行为和特点可能对自变量效果造成的混淆，可采用两种办法：一是选择合适的研究者；二是使研究者保持恒定。合适的研究者可通过在研究进行前对其进行培训达到；而使研究者保持恒定就是说尽量由相同的研究者对不同的群体进行研究。此外，在研究中利用一些多媒体技术有助于减少研究者与被试的接触，从而消除研究者的影响。如利用录音机、录像机和计算机等手段来呈现指导语或要求被试完成的作业，并自动记录被试的反应。这在心理实验和一些网上调查项目中已经广泛应用。
2.恒定法
有些无关变量，如机体变量无法予以消除，那么可采用恒定法使其保持不变。这一方法常用在实验组和控制组设计中。例如，为了保持实验组和控制组在机体变量（如年龄、性别、智力水平）上保持恒定，研究者可从某一年龄段中选择、从某一性别中选择、从某一智力水平上选择实验组和控制组被试。由于实验组和控制组被试在机体变量上相同，所以两组在作业上的差异可归于自变量的效果。但恒定法有其弱点，即由此得到的研究结果不能推广到无关变量的其它水平上去。例如，实验中用的是某年龄阶段的男性被试，那么其结果不能推广到某年龄阶段的女性中。
3.平衡法
平衡法和恒定法既有相同之处也有差别。共同的都是力图使变量保持不变；不同之处则在于恒定法只是在无关变量的一个水平上保持不变。而平衡法却可在无关变量的二个或更多水平上保持不变。当一个研究中的被试变量的水平不同，其个体的数目也不同的情况下，可用平衡法来控制。例如一个研究的被试中，有六个来自低成绩的班级，十六个来自中等成绩的班级八个来自高成绩的班级。如果根据这些情况各取一半被试组成实验组和控制组，那么此两组在被试额外变量上的变化是平衡的。
4.系统变化法
在实际生活中，有时自变量与一些研究中的无关变量关系相当密切。当这类无关变量的水平
多于一个时，为了确定自变量和无关变量各自的效果，可以用无关变量的系统变化来控制此无关变量。例如在一项关于“对考试焦虑的高三学生实施心理干预对学生学习成绩的影响研究”中，但学习成绩通常与学生的智力水平相关，因此学生的智力水平成为此项研究中的无关变量，为了使其不至于混淆自变量的效果，我们可以采取对其进行系统变化的步骤：首先用特定的智力量表来测量被试的智力水平；其次，根据低、中、高智力水平把被试加以分类；第三，把每类被试中的一半分到实验组，另一半分到控制组。该项研究设计如下图所示：
〔1〕郑金洲、陶保平、孔企平，学校教育研究方法，北京：教育科学出版社，2003，60-65页。
“控制变量法”解题方法指导 控制变量法是指在讨论多个物理量的关系时，通过控制几个因素不变，只改变其中一个因素，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据表格上的反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关；反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素变化，而其他因素均相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。 中考常见实例：研究影响力的作用效果的因素；研究滑动摩擦力与哪些因素有关；研究液体内部的压强与哪些因素有关；研究动能（或重力势能）与哪些因素有关；研究琴弦发声的音调与弦的粗细、松紧和长短的关系；研究影响液体蒸发快慢的因素；研究物体吸热量与物质种类、质量、温度变化的关系；研究影响电阻大小的因素；研究电流与电压、电阻的关系；研究电功或电热与哪些因素有关；研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关；研究影响感应电流的方向因素等。以下是典型例题分析： 【例1】 在研究液体蒸发的快慢与哪些因素有关时，小红猜想：液体蒸发的快慢除了与液体的温度、液体的表面积和液体上方的空气流动有关外，还可能与液体的种类有关。请你就此问题设计一个实验探究的方案： 【分析】该题是研究液体的种类是否影响液体的蒸发。我们知道影响液体蒸发的因素有三个：液体的温度、液体的表面积和液体上方的空气流动。因此要想研究液体蒸发快慢是否与液体的种类有关，需控制影响蒸发快慢的液体的温度、液体的表面积和液体上方的空气流动三个因素保持不变。那么，该题应取等量的两种不同液体分别放入两个相同的容器内置于相同的环境中，经过一段相同的时间，比较两种液体蒸发量的多少是否一样，即可得出结论。 【例2】 在学习吉他演奏的过程中，小华发现琴弦发出声音的音调高低是受各种因素影响的，他决定对此进行探究，经过和同学们讨论提出了以下猜想：猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关。 猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关。 猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。
控制变量法在物理实验中的应用 1、下图是某实验小组做的“探究滑动摩擦力与哪些因素有关”的实验。 ①实验中要求必须水平匀速拉动弹簧测力计，这样做的目的是： 。 ②分析甲、乙两次实验现象，可以得出的结论： 。 ③分析乙、丙两次实验现象，能否得出一个科学的结论？为什么？ 。 ④分析甲、丁两次实验现象，可以得出的结论： 。若小华选用正确的实验装置进行实验得到下表所记录的实验数据，请根据数据在所给坐标中作出摩擦力的大小f 与接触面受到的压力大小N 之间的关系图象。 ③根据图像可以得出f 与N 的关系是_______。 2、小明同学利用砝码、小桌、装有沙子的容 器等实验器材，做“探究压力作用的效果” 实验，如图20甲所示． (1)保持小桌对沙子的压力不变，改变小 桌与沙子的接触面积，小明发现接触面积越大．小桌陷入沙子越浅，说明压力的作用效果与___________有关． (2)保持小桌与沙子的接触面积不变，改变小桌对沙子的压力，小明发现压力越大，小桌陷 入沙子越深，说明压力的作用效果与_____________有关． (3)实验过程中，压力的作用效果是通过________________________________表现出来的． (4)小明将小桌和砝码又放到一块木板上，如图20乙所示，比较甲、乙两种情况后，小明认 为压力的作用效果还与接触面的材料有关，请对此结论作出简要评价． ____________________________________________________________________． 3、如图10所示是探究“浮力大小与哪些因素有关”实验的若干操作，根据 此图请你回答下列问题。 （1）分析比较图①②③，说明物体所受浮力的大 小与 因素有关。 （2）在图③与图④中保持了 不变， 得到的结论是浮力大小与 有关。这种研究问题的方法叫做 。请再举一个应用这种研究方法的实验： 。 （2）分析以上实验数据，可得出影响滑轮组机械效率的主要因素是 ① ② ③ ④ 图10
几种控制方法的性能比较 专业： 控制理论与控制工程 姓名： 周燕红 学号： 200930210690 摘要：本文对同一控制对象分别采用常规PID 控制，模糊控制和基于遗传算法的PID 控制进行仿真，并对仿真结果进行分析，从而得出各个控制方法的性能优劣。 关键字：常规PID ；模糊控制器；遗传算法 1 常规PID 控制 1.1 PID 控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID 控制。模拟PID 控制系统原理框图如图1-1所示。系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。 图1 PID 控制系统原理框图 简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下： （1） 比例环节：成比例的反应控制系统的偏差信号error(t)，偏差一旦差生，控制器立即 产生控制作用，以减小偏差。P K 越大，系统的响应速度越快，调节精度越高，但易产生超调，甚至会使系统不稳定。反之，若过小，则调节精度降低，响应速度缓慢，使系统的静态、动态性能变坏。 （2） 积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的误差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数I T ，I T 越大，积分作用越弱，若过大将使系统稳态误差难以消除，影响系统调节精度。反之则越强，稳态误差消除越快，但过小，在响应过程初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。 （3） 微分环节：反应偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前， 在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分作用的强弱取决于微分时间常数D T ，D T 越大，微分作用越强，但过大会使响应过程提前制动，而且会降低系统的抗干扰性能。 1.2衰减曲线法整定PID 参数 衰减曲线法是一种在经验凑试法基础上经过反复实验而得出的一种参数整定方法。可按过度过程达到4:1递减曲线法整定控制参数，也可按过度过程达到10:1递减曲线法整定控制参数。参数整定步骤： （1） 设置调节器积分时间Ti 为无穷大，微分时间常数为0，比例度为较大值，并将 系统投入运行。 （2） 系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察响应。若系统衰减太快，则减小比例
控制变量法专题训练 1、能够应用控制变量法探究的前提： ①某种现象受到多个“因素”的影响 ②实验的目的是：“探究某种因素”对现象的影响 ③实验过程中，被探究的“因素”作为变量，其他因素作为不变量 ④能过直接或间接的得到实验结果或实验现象 2、常见术语 ①对照组：一般是各个条件都适宜的组别 ②实验组：缺少或增加所要探究“因素”的组别 ③自变量：影响实验结果的因素 ④因变量：实验结果 ⑤调节变量：被探究的“因素” ⑥不变量：除调节变量外，其他的“因素”，一般要保持适宜 3、常见题型 （1）、实验缺陷类： 实验存在哪些不足/缺陷/哪些需要改进…… ①是否有对照实验 ②实验过程中，是否严格控制变量 ③是否试验次数或样品数太少，存在偶然性误差 （2）、结论表述类： 本实验的结论是什么/从表（图）中可以得到什么结论/实验1和实验2可以说明什么…… ①如果题干中明确了本实验的探究问题，那么就可以对实验问题进行回答； ②问题：××受到什么影响？ ××受到√√的影响； 或××受到√√的影响，√√越...，××越...； ③√√对××有什么影响？ √√越...，××越...； 或在一定范围内，√√越...，××越...； ④当某某一定（相同）时，某某与某某成正比/反比； 当某某一定（相同）时，某某随着某某的增大而增大/降低； （3）、实验数据对比类： ①通过对比实验得到某某结论
②实验1与实验形成对照组 ③实验有几组变量 ④某一个步骤的目的是 （4）、实验设计类：为了探究某某对实验的影响，应该怎样设计实验？ 其他条件相同，所探究的因素设计成不同；应用题目所给的语言回答。 （5）、提问假设类： ①根据实验过程，提出实验目的（实验探究的问题） ②根据实验提出的问题，提出合理的假设 ③根据已有的假设或猜想，提出自己的假设或猜想 ④根据自己掌握的知识，判断假设或猜想的正误 ⑤根据实验结果（现象），写出实验结论，一般按照假设的模式写 ⑥已知实验结论，根据结论写出实验结果或现象 （6）难点：转换法 将不可直接测量量，转化为可直接测量的量，结论要与目的一致，而不是实验本身。 专题训练： 1．某兴趣小组在“探究影响叶绿素形成的环境因素”活动中，设计了如下方案。 【提出问题】光照会影响叶绿素的形成吗？ 【作出假设】光照能够影响叶绿素的形成。 【实施方案】 甲组乙组 环境条件遮光、适宜的温度和湿度 实验材料20株长出第一片幼叶后的小麦幼 苗 20株长出第一片幼叶后的小麦幼苗 处理方法将甲、乙两组小麦幼苗栽种在相同的土壤中，在各自环境中生长10天（1）请你在表格中写出乙组的环境条件。 （2）如果该假设成立的话，那么实验的预期结果是：。 2．某科学兴趣小组的同学做了如图实验：在水平地面上竖直固定一根长杆，长杆上装有一个可以上下移动的点光源A，再在地面上竖立一根短木条(短木 条始终低于点光源A)。 （1）保持短木条的长度和位置不变，该同学将点光源A从图
控制变量法及其在初中物理中的运用 揭东县地都镇金都初级中学郑瑞群 在日常物理教学中，我们经常会遇到这样的问题：有的学生说，老师你讲的我都懂，可是一做习题我就不会。题目究竟是难还是容易呢？对中国学生来说，往往是再难的题老师讲过就容易，容易的题老师没讲过就难，学生只会依葫芦画瓢，缺乏创造，缺乏学习、研究方法。 在中学物理教学中涉及到的自然科学的一般研究方法，主要有观察、实验、抽象、理想化、比较、类比、假说、模型、控制变量法等等。其中控制变量法几乎贯穿了整个物理教学和研究。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，都运用了“控制变量法”这一科学方法。 在初中物理教学中，控制变量法的应用难度最大，所以老师怎样教好这一方法，学生怎样掌握好这一方法，并且在解题中灵活应用，在初中物理教学中就占有非常重要的地位。如果能深层次地理解这种研究物理问题的方法，将有助于解决物理教学中“深、难、重”的问题，也能最大程度地扩大学生的知识面，激发学生学习物理的兴趣，提高课堂教学效果。下面我就它在教学中的应用谈谈自己的看法。 一、正确理解控制变量法 自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的,因此影响物理学研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。在研究过程中，由于多个因素（变量）的共同作用，将使研究变得复杂，也很难分析、寻找、总结研究对象与各个因素（变量）之间的关系。于是，
应该寻找一种研究对象与影响其变化的单一因素（变量）关系的方法。 “控制变量法”是解决上述问题的一种方法，是学习物理常见的一种研究方法。 学习和理解控制变量法，不能把这个名称和这种方法生硬、突然地抛塞给学生，而应该在实验和科学方法教育中渗透进行，在学生有一定认识的基础上水到渠成地揭示，并加以分析、说明，使学生真正理解并能运用控制变量法。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，并问学生：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，得到的结论当然是否定的。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，结论同样是不能。这时就可不失时机地问学生：“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，以研究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。学生经过思考并相互讨论后，有的回答：应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金丝进行上述实验；有的同学说：应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验；还有的说应取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金丝进行实验比较。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”。又如通过导体电流的大小，与导体两端的电压成正比，这时应该控制电阻一定；通过导体电流的大小，与导体的电阻成反比，
控制无关变量的方法 定义：所谓无关变量是指在实验过程中除自变量之外任何能对因变量产生影响的变量，包括个体内外环境所产生的种种刺激、机体反应变量。由于这些变量与实验的主旨无关，所以统称为无关变量（Extraneous variables） 因为因变量的变化，不但受到自变量的影响，也受到无关变量的影响，所以如何有效地控制无关变量，是决定实验结果是否确实可靠的一个极为重要的因素。因此，在一次实验中，当我们确定了自变量与因变量以后，就应该使实验的其他条件保持恒定，只有这样，实验中的因果关系才能得到明确的说明，所以，无关变量就是在实验中应该加以控制的变量，因此又称为控制变量。 如果以数学方程式来表示因变量和自变量以及无关变量之间的关系，就是：DV=f(IV,EV1,EV2,EVn) 因变量=f(自变量，无关变量1，无关变量2，,无关变量n) 方法： （1）消除法 控制无关变量最完美的办法就是简单地把它们从实验环境中消除。此法多适用于一些物理刺激因素的控制，例如，噪音，光线，等。 有一些无关变量，如实验的时间，实验的仪器，实验的主试，被试的年龄，性别，教育程度，不能简单地加以消除，那么就要有另外的办法来加以控制。 （2）恒常法 对于不能消除的变量，我们可以使它在整个实验中保持恒定，即所有的被试都接受相同的无关变量，这种控制方法称为恒常法。由于这些无关变量在实验中都保持恒常，它们对接受自变量不同水平的每个被试，所能产生的影响都是一致的，所以不会影响通过自变量不同水平对因变量所造成的变化差异。对于一些被试变量，实验条件，可以采用此种方法。 例一，实验的时间安排在上午，可能会比下午的实验有更好的结果，因此我们可以通过将实验都安排在上午来消除时间这一因素可能产生的影响 （3）平衡法 这种控制方法的目的，是让无关变量产生的作用在所有的实验组及控制组的效果都保持平衡。也就是说，每一组都受到这些无关变量变化的作用，但它们作用的大小在各组都是一样的。 例二：平衡各组“性别”变量的作用。 二十名被试，十二个男性，八个女性。分成两组进行实验。假设被试的性别可能会对因变量产生作用，所以，需要控制这个无关变量。 先把12名男性被试随机分为两组，再把8名女性被试随机分到两个组中，这样，在每一组内性别都有变化，这种变化有可能对因变量产生影响，但是由于性别因素对两个组的影响效应都是一样的，因此这种作用就被平衡了。 注意：平衡与恒常控制手段不同。采用恒常法，无关变量在组内以及组间皆无变
控制无关变量的方法 定义:所谓无关变量就是指在实验过程中除自变量之外任何能对因变量产生影响的变量,包括个体内外环境所产生的种种刺激、机体反应变量。由于这些变量与实验的主旨无关,所以统称为无关变量(Extraneous variables) 因为因变量的变化,不但受到自变量的影响,也受到无关变量的影响,所以如何有效地控制无关变量,就是决定实验结果就是否确实可靠的一个极为重要的因素。因此,在一次实验中,当我们确定了自变量与因变量以后,就应该使实验的其她条件保持恒定,只有这样,实验中的因果关系才能得到明确的说明,所以,无关变量就就是在实验中应该加以控制的变量,因此又称为控制变量。 如果以数学方程式来表示因变量与自变量以及无关变量之间的关系,就就是: DV=f(IV,EV1,EV2,EVn) 因变量=f(自变量,无关变量1,无关变量2,,无关变量n) 方法: (1)消除法 控制无关变量最完美的办法就就是简单地把它们从实验环境中消除。此法多适用于一些物理刺激因素的控制,例如,噪音,光线,等。 有一些无关变量,如实验的时间,实验的仪器,实验的主试,被试的年龄,性别,教育程度,不能简单地加以消除,那么就要有另外的办法来加以控制。 (2)恒常法 对于不能消除的变量,我们可以使它在整个实验中保持恒定,即所有的被试都接受相同的无关变量,这种控制方法称为恒常法。由于这些无关变量在实验中都保持恒常,它们对接受自变量不同水平的每个被试,所能产生的影响都就是一致的,所以不会影响通过自变量不同水平对因变量所造成的变化差异。对于一些被试变量,实验条件,可以采用此种方法。 例一,实验的时间安排在上午,可能会比下午的实验有更好的结果,因此我们可以通过将实验都安排在上午来消除时间这一因素可能产生的影响 （3）平衡法 这种控制方法的目的,就是让无关变量产生的作用在所有的实验组及控制组的效果都保持平衡。也就就是说,每一组都受到这些无关变量变化的作用,但它们作用的大小在各组都就是一样的。 例二:平衡各组“性别”变量的作用。 二十名被试,十二个男性,八个女性。分成两组进行实验。假设被试的性别可能会对因变量产生作用,所以,需要控制这个无关变量。 先把12名男性被试随机分为两组,再把8名女性被试随机分到两个组中,这样,在每一组内性别都有变化,这种变化有可能对因变量产生影响,但就是由于性别因素对两个组的影响效应都就是一样的,因此这种作用就被平衡了。 注意:平衡与恒常控制手段不同。采用恒常法,无关变量在组内以及组间皆无变化;采用平衡控制手段时,无关变量在组内就是有变化的,但就是变化所产生的作用在各组之间就是相等的。 如果研究者无法指认有些可能起作用的无关变量,可以采用适当的控制组,以达到平衡控制的目的。 实验者对实验组以及控制组,除了自变量的处理不同之外,对其她都一律同等地处理。如此,实验组与控制组在因变量上产生的差异都可以归诸于自变量不同所产
控制变量法 物理学研究中常用的一种研究方法——控制变量法。所谓控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化，最终解决所研究的问题。可以说任何物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究。 如：导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系，中学物理实验难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，而是在分别控制导体的电阻与导体两端的电压不变的情况下，研究导体中的电流跟这段导体两端的电压和导体的电阻的关系，分别得出实验结论。通过学生实验， I U R。 让学生在动脑与动手，理论与实践的结合上找到这“两个关系”，最终得出欧姆定律=/ 研究导体的电阻大小与哪些因素有关，控制导体的长度和材料不变，研究导体电阻与横截面积的关系。研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，保证压力相同时，研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。 利用控制变量法研究物理问题，注重了知识的形成过程，有利于扭转重结论、轻过程的倾向，有助于培养学生的科学素养，使学生学会学习。 中学物理课本中，蒸发的快慢与哪些因素的有关；滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；液体压强与哪些因素有关；研究浮力大小与哪些因素有关；压力的作用效果与哪些因素有关；滑轮组的机械效率与哪些因素有关；动能、重力势能大小与哪些因素有关；导体的电阻与哪些因素有关；研究电阻一定、电流与电压的关系；研究电压一定、电流和电阻的关系；研究电流做功的多少跟哪些因素有关系；电流的热效应与哪些因素有关；研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等均应用了这种科学方法。 控制变量法 “控制变量法”是物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影响物理学研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。譬如说某段导体中通过电流的大小不仅和其两端电压有关，还和这段导体的长度、横截面积的大小及材料种类等因素有关。所以要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研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”的方法。例如为了研究某物理量同影响它的三个因素中的一个因素之间的关系，可将另外两个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该物理量与这一因素之间的关系。 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，并问学生：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，得到的结论当然是否定的。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，结论同样是不能。这时就可不失时机地问学生：“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，以研究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。学生经过思考并
1 “控制变量法”在物理实验中的运用 在初中物理学中，有许多探究性实验，常常要用到一种科学的研究方法----“控制变量法”。此法不仅能较好地化解教学中的有些难点，而且对培养学生的探究意识和创新精神也具有积极的意义。因此笔者撰此文，通过实例分析此法，以供参考。 一、“控制变量法”的应用方法分析 如：探究电流与电压、电阻的关系时，如图1所示，可先控制电阻R不 变， 研究电流与电压的关系。实验中，通过调节滑动变阻器的滑片，使电阻两端的电压依次发生变化，根据对应的电压表和电流表的示数关系得出：在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。然后再控制导体两端的电压不变，研究电流跟 电阻的关系。实验中通过调节滑变的滑片，使电阻两端的电压始终图1 保持一个定值，改变电阻的阻值，根据对应电流表的示数得出：在 电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。从而总结出欧姆定律。 又如：探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，可先控制电流与通电时间不变，研究电热与电阻的关系。然后控制电阻与通电时间不变，研究电热与电流的关系。最后再控制电流与电阻不变，研究电热与通电时间的关系。归纳总结出焦耳定律。 实验中，取R2=R3=R4=2R1,并将R1R2分别置于两个一端开口的密闭的有机玻璃盒内，将开口端用橡胶管与压强计相连，R1与R2串联如图2。接通电路后，电阻丝将盒内空气加热，通过压强计的液面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电阻的关系。再将R1改换成R3，同时将R4与R2并联仍接入电路中如图3。因通过R3的电流是通过R2电流的2倍，通过压强计的液面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电流的关系。
浅谈控制变量法在科学教学中的运用 控制变量法是指在科学教学中，对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决的方法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。小学科学课中，加强控制变量法的运用，不紧能直观的对实验现象进行对比，还能提高学生的对问题的分析理解能力以及科学素养。 下面我将分阶段年纪结合具体的课题来谈谈控制变量法怎么样在小学科学课堂中的进行运用: 一、《怎样加快溶解》 师: 刚才同学们说了很多加快溶解的方法，那么这些方法真的能让肥皂溶解得更快吗? 我们就以搅拌为例, 想想该怎么做呢? 生: 将肥皂放入水中, 然后仔细的观察看看。 师: 这样我们就能看到搅拌能使肥皂溶解得更快吗? 生: 我觉得应该把肥皂放在水中, 然后搅拌。 师: 就一个杯子, 然后搅拌, 就能看出搅拌能使肥皂溶解得更快吗? 要比出搅拌能使肥皂溶解得更快, 该怎么做呢?。 生: 用两个杯子, 放两块肥皂, 一个搅拌, 一个不搅拌。 (确定搅拌这个变量） 师: 如果两块肥皂不一样, 能不能看出搅拌的那块肥皂溶解得更快? 生: 应该放两块一样的肥皂。 师: 什么样才是一样的两块肥皂? 生: 形状、大小都一样。 师: 恩，对。想比出搅拌能使肥皂溶解的更快还要注意什么? 生: 也应该准备两个一样的杯子。 生: 还应该装入一样多的水。 生: 水的温度也应该是一样的。 师: 还有吗? 生: ?? 师演示, 把两块肥皂一先一后放在两个杯子里。 生(恍然大悟): 应该把两块肥皂同时放入两个杯子里。 师: 怎样能同时放入? 生: 一手拿一个, 数1—2—3, 同时松手。
“控制变量法”在物理实验中的运用 在初中物理学中，有许多探究性实验，常常要用到一种科学的研究方法----“控制变量法”。 此法不仅能较好地化解教学中的有些难点，而且对培养学生的探究意识和创新精神也具有积极 的意义。因此笔者撰此文，通过实例分析此法，以供参考。 一、“控制变量法”的应用方法分析 如：探究电流与电压、电阻的关系时，如图1所示，可先控制电阻R 不 变，研究电流与电压的关系。实验中，通过调节滑动变阻器的滑片，使电阻两端的电压依次发生变化，根据对应的电压表和电流表的示数关 系得出：在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正 比。然后再控制导体两端的电压不变，研究电流跟 电阻的关系。 实验 中通过调节滑变的滑片，使电阻两端的电压始终 图1 保持一个定值，改变电阻的阻值，根据对应电流表的示数得出：在 电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。从而总结出欧姆定律。 又如：探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，可先控制电流与通电时间不变， 研究电热与电阻的关系。然后控制电阻与通电时间不变，研究电热与电流的关系。最后再控制 电流与电阻不变，研究电热与通电时间的关系。归纳总结出焦耳定律。 实验中，取R 2=R 3=R 4=2R 1,并将R 1R 2分别置于两个一端开口的密闭的有机玻璃盒内，将开 口端用橡胶管与压强计相连，R 1与R 2串联如图2。接通电路后，电阻丝将盒内空气加热，通过 压强计的液面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电阻的关系。再将R 1改换成R 3，同时 将R 4与R 2并联仍接入电路中如图3。因通过R 3的电流是通过R 2电流的2倍，通过压强计的液 面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电流的关系。 图2 图3 二、控制变量法”在题目中的应用训练。 S P R R
“控制变量法”在实验探究中的应用 杨仕明 “控制变量法”是初中物理中最常见的一种科学研究方法。解决实验探究题时，运用“控制变量法”可以快速而准确地解决。 一、在实验设计题中的应用 例1.请你设计一个探究“滑动摩擦力与物体运动的速度是否有关”的实验。要求写出实验器材和实验步骤。 评析：当探究的问题为“一个因素与几个因素的关系”时，同时研究是非常复杂的，必须利用“控制变量法”。这种方法在实验设计题中经常用到。 滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关。要探究是否与速度有关，需要控制压力和接触面的粗糙程度不变，改变物体运动的速度，观察滑动摩擦力变化的情况，从而探究出滑动摩擦力与物体运动的速度是否有关。物体运动速度可以通过拉物体的快慢解决，物体选用木块，滑动摩擦力可以用弹簧测力计测得。 设计方案： 实验器材：弹簧测力计、细线、木块、木板。 实验步骤：（1）将木板水平放置，木块置于其上，通过细线用弹簧测力计水平拉木块以某一速度做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数F1；（2）以再大、更大的速度重复上述实验过程，读出弹簧测力计的示数F2、F3；（3）分析实验数据F1、F2、F3，得出结论。 二、在实验分析题中的应用 例2. 在学习吉它演奏的过程中，小华发现琴弦发出的声音的音调高低是受各种因素影响的，他决定对此进行探究。经过和同学们讨论，提出了以下猜想： 猜想1：琴弦发出的声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关； 猜想2：琴弦发出的声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关； 猜想3：琴弦发出的声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。 为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列9种规格的琴弦。 因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是他们又借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验。 （1）为了验证猜想1，应选用编号为___________、___________、___________的琴弦进行实验。 为了验证猜想2，应选用编号为___________、___________、___________的琴弦进行实验。 表中有的材料规格还没有填全，为了验证猜想3，必须知道该项内容。请你在表中填上所缺数据。 （2）随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能还与琴弦的松紧有关，为了
“控制变量法”巧应用 安居街小学李振威 义务教育课程标准中，要求改变过分强调知识传承的倾向，将科学探究作为学习的目标，让学生在探究过程中，学习科学研究方法培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。在探究式学习科学知识的过程中，研究问题的科学方法很多，其中“控制变量法”是最重要的方法之一，那么如何使学生掌握“控制变量法”呢？ 一、让学生了解"控制变量法"的内涵 自然界中发生的各种现象,往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律,必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来,使它保持不变,然后来比较,研究其他两个变量之间的关系,这种研究问题的科学方法就是"控制变量法"。 例如在教学《电磁铁》一课中，电磁铁的磁力大小与电池的节数和绕线圈数有关。教材中没有提供可演示的和学生动手的实验。为了提高学生学习科学的兴趣和强化科学方法的教学,在这节课上我为学生准备了如下实验器材:电池若干、导线、铁钉（大小不一）、若干订书针。利用这些实验器材如何用"控制变量法"来研究呢，当导线粗细相同,绕线圈数相同，铁钉相同，观察电池节数与电磁铁磁力大小的关系。首先引导学生大胆猜想，然后根据猜想设计实验，关键是要确定不变的因素和需要改变的因素，在一轮又一轮循序渐进的与学生交谈、与学生思维碰撞的过程中，共同来确定不变的因素和需要改变的因素。确定好以后学生就明白使用同一根导线，同一根铁钉，绕相同的圈数，把这些因素都控制起来，在这些因素不变的情况下，来研究电池的节数与电磁铁磁力大小的关系，这样学生就真正经历了用“控制变量法”研究问题的思维过程。最后再简述操作的具体过程。电磁铁磁力的大小与其他因素的关系，学生就能自己讨论实验方案并动手操作得出结论。他们同时也体会到用"控制变量法"研究问题并不难。自己也会用这种方法去研究问题而感到很自信。
控制变量并非控制变量并非一种一种一种实验方法实验方法 ——质疑“控制变量法”之说 The Control Variable is not an Experimental Method Query to the "Controlling variables method" 王绍符 河北大学（河北 保定 071002） 摘要：一个时期以来谈到中学物理实验时经常出现“控制变量法”的说法，其实这是一种误解. 控制乃一切实验立足的条件，是灵魂，是生命，没有控制就没有实验，控制绝不是诸多实验方法中的一种方法.典型的“欧姆定律实验”和“牛顿第二定律实验”，用的方法是“单因子”实验，根本不存在什么“控制变量法”. 关键词：实验 控制 单因子实验 控制变量法 一个时期以来，对于中学物理实验，无论是在教学活动中还是在各种教学刊物上经常出现“控制变量法”的说法.最典型的例子是“欧姆定律实验”，实验中控制“电压”不变，研究“电流”与“电阻”的关系；然后再控制“电阻”不变，研究“电流”与“电压”的关系.与此类似的还有一些，如“牛顿第二定律实验”，实验中控制“质量”不变，研究“加速度”与“外力”的关系；然后再控制“外力”不变，研究“加速度”与“质量”的关系.这种进行实验的方法就是现在流传的所谓 “控制变量法”. 把控制变量说成是诸多实验方法中的一种方法，其实这是一种误解. 1控制乃实验立足的条件控制乃实验立足的条件，，任何实验都不任何实验都不会会缺少 观察和实验是科学研究的重要方法，这里所说的观察是指对自然发生的现象的观察，而实验的对象则是 “人为制造”的现象，是通过对某些无关因素加以控制，有系统地操纵某些实验条件（自变量），观测伴随发生变化的现象（因变量），从而确定条件与现象间的因果关系。即实验是在人为控制条件下的观察。 实验就是由控制变量搭建起来的，其中包括：
控制无关变量得方法 定义:所谓无关变量就是指在实验过程中除自变量之外任何能对因变量产生影响得变量,包括个体内外环境所产生得种种刺激、机体反应变量、由于这些变量与实验得主旨无关,所以统称为无关变量(Extrａnｅouｓ variaｂｌes) 因为因变量得变化,不但受到自变量得影响,也受到无关变量得影响,所以如何有效地控制无关变量,就是决定实验结果就是否确实可靠得一个极为重要得因素。因此,在一次实验中,当我们确定了自变量与因变量以后,就应该使实验得其她条件保持恒定,只有这样,实验中得因果关系才能得到明确得说明,所以,无关变量就就是在实验中应该加以控制得变量,因此又称为控制变量。 如果以数学方程式来表示因变量与自变量以及无关变量之间得关系,就就是: ＤV＝f(IV,EＶ1,EV2,EVn) 因变量=f(自变量,无关变量1,无关变量2,,无关变量ｎ) 方法: (1)消除法 控制无关变量最完美得办法就就是简单地把它们从实验环境中消除。此法多适用于一些物理刺激因素得控制,例如,噪音,光线,等。 有一些无关变量,如实验得时间,实验得仪器,实验得主试,被试得年龄,性别,教育程度,不能简单地加以消除,那么就要有另外得办法来加以控制。 (2)恒常法 对于不能消除得变量,我们可以使它在整个实验中保持恒定,即所有得被试都接受相同得无关变量,这种控制方法称为恒常法、由于这些无关变量在实验中都保持恒常,它们对接受自变量不同水平得每个被试,所能产生得影响都就是一致得,所以不会影响通过自变量不同水平对因变量所造成得变化差异、对于一些被试变量,实验条件,可以采用此种方法。 例一,实验得时间安排在上午,可能会比下午得实验有更好得结果,因此我们可以通过将实验都安排在上午来消除时间这一因素可能产生得影响 （3）平衡法 这种控制方法得目得,就是让无关变量产生得作用在所有得实验组及控制组得效果都保持平衡、也就就是说,每一组都受到这些无关变量变化得作用,但它们作用得大小在各组都就是一样得。 例二:平衡各组“性别"变量得作用、 二十名被试,十二个男性,八个女性、分成两组进行实验。假设被试得性别可能会对因变量产生作用,所以,需要控制这个无关变量。 先把12名男性被试随机分为两组,再把8名女性被试随机分到两个组中,这样,在每一组内性别都有变化,这种变化有可能对因变量产生影响,但就是由于性别因素对两个组得影响效应都就是一样得,因此这种作用就被平衡了、 注意:平衡与恒常控制手段不同。采用恒常法,无关变量在组内以及组间皆无变化;采用平衡控制手段时,无关变量在组内就是有变化得,但就是变化所产生得作用在各组之间就是相等得。 如果研究者无法指认有些可能起作用得无关变量,可以采用适当得控制组,以达到平衡控制得目得。 实验者对实验组以及控制组,除了自变量得处理不同之外,对其她都一律同等地处理。如此,实验组与控制组在因变量上产生得差异都可以归诸于自变量不同所产
第三节研究变量的确定和无关变量的控制方法 一、变量的定义和类型 1. 何为变量 变量是不同的个体具有不同的价值和条件的特征。与变量相对的概念是常量。常量是一个研 究中所有个体都具有的特征或条件。在教育研究中，问题的描述本身通常仅仅提供研究的大致方 向。它往往不包括所有具体的信息。因此，在我们更具体清晰地表述研究问题和整体研究方面的 具体信息时，我们需要使用一些基本的概念，这些概念就是常量和变量。 在教育研究中，常量不是要研究的内容，研究要探讨的是变量之间的关系。一项研究通常至少涉及两个变量之间的关系。例如，如果我们想比较两种不同的教学方法对 5 年级学生学科成绩的影响，那么，这当中，年级水平就是一个常量，因为每个被研究的个体都是 5 年级学生，而教学方法和教学方法实施后进行学科测验所得的分数则是变量，且是此项研究所要研究的主要变 量。但是，这项研究中涉及的变量却并不是仅仅这两个，就被试来说，除学科成绩外，智力水平、 学习动机、兴趣爱好、能力等因素在质和量上可能都是不同的，都是存在差异的，而且这些变量 交织在一起，都可能对研究结果产生影响。鉴于教育研究中往往涉及多个变量及其相互关系， 每个变量由于研究性质、目的的不同而在研究中的作用也不一样，有必要对变量加以分类。 2. 变量的类型 在教育研究中，最重要的、应用最广泛的变量是自变量、因变量和无关变量： 1）自变量，又称刺激变量。是引起或产生变化的原因，是研究者操作的假定的原因 变量。当两个变量存在某种联系，其中一个变量对另一变量具有影响作用，我们称那个具有影响作用的变量为自变量。例如，研究不同的教学方法与学业成绩的关系，采用不同的教学方法后，学生的学业成绩发生了变化，这当中，教学方法就是该项研究中的自变量，是研究者要操纵的变量。 2）因变量。因变量又称反应变量，也称依变量。是受自变量影响的变量，是自变量作用 于被试后产生的效应，是研究者要测定的假定的结果变量。当两个变量存在某种联系，其中一个 变量对另一个变量具有影响作用，我们称那个被影响的变量为因变量。例如，我们想研究噪声对 学习效果的影响，噪声就是自变量，研究者可以通过改变噪声的时间或程度来操纵这个变量。 学习效果则是因变量，它是噪声这个自变量作用于被试后产生的效应，是研究者要测量的结果变量。 3）无关变量。无关变量有时也称控制变量。是指与特定研究目标无关的非研究变量，
控制变量法类题目的解题指导 初中科学中常用的研究问题的方法有：观察法、实验法、类比法、科学猜想法、等效法、控制变量法、模型法，理想化方法，转换法等。在教学过程中发现，学生对控制变量法的题目解决起来有一定的难度。所谓控制变量法是指根据研究目的，运用一定手段（实验仪器、设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。初中科学中的许多探究方法都是设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这是一种研究问题的科学方法。 一、对控制变量法类题目进行解题指导的意义 《2008年浙江省初中毕业生学业考试说明》中关于控制变量法的描述有:①分析影响实验结果的主要因素，对所研究的问题中的各种变量（自变量、因变量、调节变量、无关变量）进行确认与分类；②将变量转化为可感知、可量度的事物、现象和方法（行为），说明在实验中如何测量一个变量，说明需要“做什么”和“怎么做”,利用控制变量方法来设计实验。以上两点均为C级要求。 由《2008年浙江省初中毕业生学业考试说明》中关于控制变量的要求来看，是最高要求。这就告诉我们，在平时教学中要重视对学生进行控制变量法的解题指导。在浙教版初中科学中有关控制变量法的教学内容较多，见下表。 由上表可知，初中科学中大量而普遍地运用控制变量法来研究科学问题。《科学（7~9年级）课程标准（实验稿）》指出：在实验设计过程中要充分“考虑影响实验结果的主要因素，能确定需要测量的量，并采用适当的方法控制变量”；在初中科学学习过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观科学规律的科学方法。把握好控制变量法的解题指导的教学，对学生学习科学，培养学生研究科学问题的能力有着重要的意义。 二、控制变量法类题目的解题指导举例
Extra neous variables DV=f(IV,EV1,EV2,E Vn) =f( 1 2 , n) 12
化；采用平衡控制手段时，无关变量在组内是有变化的，但是变化所产生的作用在各组之间是相等的。 如果研究者无法指认有些可能起作用的无关变量，可以采用适当的控制组，以达到平衡控制的目的。 实验者对实验组以及控制组，除了自变量的处理不同之外，对其他都一律同等地处理。如此，实验组和控制组在因变量上产生的差异都可以归诸于自变量不同所产生的作用。 例三：研究接受持枪稳定性训练对射击准确性的作用。 实验组被试在接受训练之前先射击50发，之后进行训练，再测验50发。结果如下表： 是否可以认为训练导致了成绩的提高？ 该实验可能有其他因素：先射的50发；两周的时间间隔；或者其他一些可能无法了解的因素。 为了排除其他因素的影响，必须采用控制无关变量的平衡手段。设计种种控制组来达到消除无关变量的影响。例如，为了消除时间和练习这两个主要无关变量的影响，我们可以设计两个控制组。 例四: 实验组和控制一组：如果X明显小于24,认为训练有效。如果X不显著小于24, 则训练无效。 控制一和控制二组：如果X显著大于Y，说明练习有效果，如果无差异，说明练习并不起作用。 (4)抵消平衡法 有些实验研究，被试需要在各种不同的实验条件下接受重复测验。在这种重复测量的设计(Repeated measurement design中，被试会受到接受重复测量所产生的影
响。这些混淆因素并非出现在测量之前，而是产生在重复测量的过程中。对此我们可以采用抵消平衡(counter-balancing或交叉平衡的手段来控制这类混淆变量。 这种控制手段主要用来平衡一组被试重复接受自变量各种水平的先后顺序所产生的无关影响。 例五：研究对红绿两种色光的反应时是否长短不一的问题。 未抵消的设计：让一组被试先接受10次红光刺激，再接受10次绿光刺激。得到对红光反应快，能否得出结论认为被试对红光反应快？ 设计问题：实验刺激的先后顺序是一个潜在的无关变量。 抵消的设计：一半被试先接受红，再接受绿；而另一半被试相反，先接受绿，再接受红。
图1 中考物理解题方法--控制变量法 物理学对于多因素（多变量）的问题常常采用控制因素（变量）的办法，即把多因素的问题转变为多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综和解决，这种方法叫控制变量法。 控制变量法在初中物理中应用较为广泛，具体探究如下： 【探索研究案例一】匀速直线运动 速度是表示物体运动快慢的物理量，它与路程、时间两个因素有关，为了比较两个（或几个）做匀速直线物体的快慢，常采用控制变量法。 1．控制路程因素（即在路程相同或路程一定的情况下），比较它们所用的时间，所用时间短的，则运动的快，速度大。 2．控制时间因素（即在时间相同或时间一定的情况下），比较它们通过的路程长短。路程长的，运动快，速度大。 3．在路程、时间都不相同的情况下，借助于数学中的比例，引入路程和时间之比，即用比较单位时间里通过的路程的多少，来比较物体运动的快慢。 【例题1】如图1所示（a ）、（b ）两图分别表示比较运动员游泳快慢的两种方法，其中图1（a ）表明 ；图1（b ）表明 。 【精评】试题将游泳比赛的过程和终 端两种情况用图画出来，让同学们识别在 这两种比较游泳快慢的情况中，分别运用 了哪种控制变量的方法。 在图1（a ）中，各泳道右边的圆圈指 针的指向都相同，表示“时间相等”，三个泳道中游泳人的位置不同，说明它们通过的路程不同，游在最前面的人通过的路程最长，他游得最快，所以，图1（a ）表示采用了控制时间相等的因素，研究运动快慢与路程的关系的方法，表明：时间相等时，游泳人通过的路程越长，运动越快。 在图1（b ）中，各泳道的游泳人都到达终点，但泳道旁圆圈内的指针指向不同，表示游泳人通过相同的泳道全程所用的时间不等，中间泳道的游泳人所用时间最短，游得最快。所以，图1（b ）表示采用了控制路程相等的因素，研究运动快慢与时间的关系的方法，表明：通过的路程相等时，游泳人所用时间越少，运动越快。 【解答】时间相等时，游泳人通过的路程越长，运动越快。通过的路程相等时，游泳人所用时间越少，运动越快。 【探索研究案例二】密度 密度概念是整个初中物理中重要概念之一，每年各地的中考试题围绕密度概念做足了文章。如冰水互换后其质量、体积、密度的变化；蜡烛燃烧过程中、两块砖合成一块后的质量、密度的变化情况等等。常常编成试题来考察同学。 采用控制变量法研究密度有三种方式 1．质量相同的不同物质，密度大的，其物体体积就小。 2．体积相同的不同物质，密度大的，其物体质量也大。 3．物质相同的不同物体，体积增大几倍，它的质量也增大几倍，而m/V 的值不变。 特别强调的是：对前两种控制变量（控制质量因素、控制体积因素）后得到的结论，只适用于