控制变量并非一种实验方法

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：

（1）自变量：实验操纵控制的变量；

（2）因变量：由自变量引起变化的变量；

（3）无关变量：跟实验目标无关但会造成干扰的变量.

实验中自变量必须能够很好地被“孤立”起来，避免其他变量与其混淆. 无关变量会使实验偏离目标，干扰破坏实验，对其实施控制使其保持不变，或被消除，或被补偿．

比如，在做“验证牛顿第二定律”的实验中，常规的做法是（见现行人教版教科书），控制木板没有滑轮的一端垫高一些，使摩擦力得以被平衡，消除其干扰；还要控制小桶（包括其中的沙子）的质量远小于小车（包括车上的砝码）的质量，从而可以近似地认为作用于小车上的合力的大小与小桶（包括其中的沙子）的重量相等．对“欧姆定律实验”也是一样，要选用电阻温度系数小的纯电阻元器件作为实验对象，以及控制环境温度不会发生大的起伏等，这都是不可忽视的需要加以控制的变量．

一些简单的演示实验也少不了控制．例如在做“覆杯实验”时，控制使用的器材，如杯子、纸片等，一定是水可以润湿的材料做成得，用满是油污的杯子，或用荷叶代替纸片都会使实验失败．

在做“小试管逆流而上的实验”时，要控制大小试管的内径，保证将小试管插入大试管时有一个合适的间隙．此外还要控制小试管插入大试管水中的深度．

如果认为“控制变量”是诸多实验方法之一，因而称之为“控制变量法”，那么它必然是只对某几个或某些个实验使用，而不是对所有的实验都使用。事实是所有的实验都少不了控制，那么还能说控制是“一种”实验方法吗？如果认为是！那就是说所有的实验都是使用的一种实验方法——控制变量法，岂不滑稽可笑吗！

上述“欧姆定律实验”和“牛顿第二定律实验”（以及类似的其他实验）使用的方法属于“单因子（或称‘单因素’，下同）”实验，也就是有两个因子（自变量）影响我们要观察的实验结果（因变量），先使一个恒定，研究另一个的影响，然后再使后一个恒定，研究前一个的影响.其实两个因子一起研究（双因子或多因子实验）也是有的，对于“欧姆定律实验”和“牛顿第二定律实验”也不是不可以，同样可以得到应有的结论，库仑定律扭秤实验不就是两个电荷量同时都改变吗.

“控制变量法”之说现在如此风传，从百度上可以“找到相关结果约1,890,000个”（截至到2013-3-2），看来势不可挡（笔者的这篇文章大概会少有人认同），但是却不见于经典，就连现行人教版初高中物理教科书中讲到“第二定律”和“欧姆定律”的实验章节都没“控制变量法”一词的踪迹.难道不值得三思吗？

2控制是实验的灵魂控制是实验的灵魂，，没有没有控制控制控制就就没有没有实验实验

实验 前些年笔者在某市听过一次公开课，讲的是初中物理“比热容”，在实验室上的，全班五十多人，两人一组做实验.实验的方法是：两个试管分别装有等量的煤油和水，置于三脚架上的石棉网上，下面用酒精灯加热．本来是要观察在加热时间长短相同的情况下，煤油的温度比水的温度升高得多，从而引入“比热容”概念．然而实验结果却与预料的大相径庭，结果是煤油的温度比水的温度升高得少的小组不在少数，相差不多无法下结论的还有一些．

所以会出现事与愿违的结果，其原因就在控制．这个实验源于很久以来教科书上的实验，教科书使用两个烧杯盛煤油和水，量比较大，实验用时较长；分别用两个酒精灯加热，火焰不易调得一样.改用试管盛煤油和水，量可以减少，省时；用一个酒精灯，免去了调整．

殊不知实验的对象是“煤油和水”，用试管盛装少量的煤油和水必定使构成试管的玻璃对煤油或水的比例增加，这就混淆了实验的对象究竟是煤油和水还是玻璃，干扰因素没有得到很好的控制，观察到的温度变化究竟主要是哪种物质温度变化也就分不清了．在不同的小组试管中煤油或水与试管玻璃的比例也有不同．此外，实验中的加热方法也无法控制煤油和水得到的热量相等．这个实验完全失去了控制，不能成为实验.

从以上讨论可以看出，控制乃一切实验立足的条件，是灵魂，是生命，对于一切实验没有控制就不能成为实验，绝不是诸多实验方法之一.

2011-5-11初稿初稿，，2013-3-14修改修改，，2013-3-25再次修改