一次物理研究性學習的大膽嘗試

王春燕

這天的課堂教學任務是復習“利用單擺測定重力加速度”的實驗，我駕輕就熟地備好了整堂課的教學內容，滿懷信心地提著實驗儀器，走向我最引以為傲的班級高三（13）班。心里不時默念著我的課堂引入語，我要讓這堂復習課從一開始就充滿活力。

“同學們，今天我們來一起重溫一下美國西部掘金者的探金秘訣。”同學們顯然是被調動了，一下子身體坐直，個個眼里放出了光彩。“請看探金法寶！”我從身后提出實驗儀器，在同學們好奇的目光聚焦下實驗儀器擺到了講臺。同學們看到熟悉的儀器，頓時猜到了我的后話，“我還以為是什么呢！”坐在第一排的物理課代表首先泄了氣，翻開筆記本開始準備記錄。全班同學發亮的眼神瞬間消失，恢復了往日上課的姿態。一節課下來，我的計劃破產了：課堂內容“順利”完成，可是我再也沒能看到同學們閃光的雙眼，一切都如程序。下課鈴聲響起了，作業照舊。

快要走出教室，我的內心忽然有了一股沖動，為什么不讓同學們自己去研究體驗一下呢！我轉過身，回到講臺，說：“今天的作業改一下，請你用所學的物理學知識，設計盡可能多的測定重力加速度的方法，周末有條件的可以親手做一下，下周一我們來分組交流好嗎！”同學們顯然是吃了一驚，但緊接著的是整齊地回應“好！”。我得意地看到同學眼里的光彩又回來了，但是忽然又有了一分憂慮：同學們會去認真做嗎？

終于等到了周一，走進教室就發現同學們三兩成群地聚在一起討論著什么，莫非是在臨時抱佛腳？但是隨后的交流消除了我的顧慮，并且讓我大吃一驚。我居然看了到在高三的課堂里罕見的舉手發言。

一位同學破天荒第一次舉手發言居然說出了十多種方案：

（1）在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或對水平支持物的壓力大小就等于重力，即T＝N＝mg。若T或（N）和m能測出，則重力加速度g可測定；

（2）在超重或失重（但不完全失重）系統中，F－mg＝眒a，a和m可測出，則重力加速度g可測定；

（3）在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，若s、%a和t可測定，則重力加速度g也可測定；

（4）在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，若s、%a、%e和t可測，則重力加速度g也可測定；

（5）自由落體運動中，h＝0．5gt2。若h和t可測出，則重力加速度g也可測定；

（6）用重力加速度測定儀測定；

（7）在平拋運動過程中，豎直方向在連續相等的時間內位移之差%=y＝gt2。若%=y和t可測，重力加速度g同樣可以測出；

（8）在斜拋運動中，水平射程可以表示為x＝v02sin2%a／g。若x、v0和%a可測出，則重力加速度g也可測出；

（9）單擺做簡諧運動時，若T和L可測，則g可測；

（10）假設一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，mg＝GMm/R2，則g＝GM/R2……

面對熱烈的課堂氣氛，看著同學們少有的自主學習激情，內心在高興之余又有了矛盾。高三的課時安排十分緊張，放手讓同學們去研究恐怕會影響教學進度，將來參加高考可不是鬧著玩的。環視同學們互相討論、評價的熱烈場景，還是決定把這種學習探究的激情保持下去，而且要讓它更加火熱地燃燒下去。

這次的作業更加讓同學感到“另類”：利用一周的課外時間，選用實驗室的儀器和自己能找到的工具，制作簡易的重力加速度計或提出設計原理，要求是簡單易用、減少誤差，最好的制作和想法還可以得到獎勵。同學們當然是躍躍欲試，但是班長的提醒卻為大家澆了一盆冷水：“我們根本沒有時間去完成這些作業以外的任務。”是啊，同學們太忙碌了。于是我動用了班主任的權力，“今天下午的自修到實驗室上，同學可以選擇任何實驗儀器；今天的活動課同學可以自由選擇活動和研究。其他時間全力以赴高效完成作業。以后的一周時間內實驗室中午為同學開放?！蔽易鞒隽宋覐慕桃詠硪淮巫睢懊半U”的決定。接下來的一周時間是難熬的而又值得期待的。

又是周一到了，按照與同學的約定我要驗收他們的研究成果了。我拿著獎品走進教室時，吃了一驚。講臺上放滿了各種實驗儀器，在教室的一角居然還有一套醫院里的輸液設備。交流很快開始了，同學們個個顯得迫不及待、胸有成竹。我讓出了講臺退到一邊，聆聽同學們的大作。同學的闡述顯示了在協作研究中享受到的樂趣，豐富的想象讓我這個帶了他們三年的老師眼前一亮，以下列舉了幾個同學們的典型研究成果：

1．利用單擺測定重力加速度

（1）增大擺線長度可減少誤差

學生利用鉛球和釣魚專用線，把實驗裝置設置在學校活動中心的秋千架進行單擺實驗。為了解決減少擺長測量誤差的問題，他們測出了鉛球球心到地面的距離，利用改變擺長法進行數據處理。我非常滿意，他們用行動鞏固了相應的知識點，也學到了更多我無法在課堂中給予的知識。

（2）簡易重力加速度：在擺線上端標注刻度，利用手表，改變擺長法測定重力加速度（這個便攜口袋式的重力加速度計的發明得到了同學的一致認可）。

2．利用自由落體運動測重力加速度

（1）利用“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置仿照實驗《測定勻加速運動的加速度》的實驗原理。

（2）利用滑輪組減少物體下落的加速度測出m1、m2、h和t則重力加速度可以算出。

（3）利用水滴下落可以測出重力加速度，調節輸液器，讓水一滴一滴地流出，在輸液器正下方放一個盤子，使第一個水滴碰到盤子的瞬間，第二個水滴正好從針管管口開始下落，把盤子墊起來，以便能清晰地聽到水滴碰到盤子的響聲。水滴從管口落到盤子經過的時間，就正好等于相繼滴下的兩個水滴之間的時間間隔。利用醫院采用的輸液器可保證水滴下落的等時間要求且水滴下落高度方便調節，利用盤子下方安置的麥克風可以把聲音放大方便測量。

3．利用二力平衡測重力加速度

（1）簡易重力加速度計的設計原理

在彈簧秤上使用標準質量的砝碼，把對應讀數進行對應重力加速度值的換算表注，普通的彈簧秤即可改制成為可直接讀出當地重力加速度值的簡易重力加速度計。

（2）討論提高精確度的方案

采用勁度系數較小的彈簧和較大質量的標準砝碼可增大單位加速度值刻度之間的距離，在重力加速度刻度上仿照游標卡尺制作游標進行精確讀數。

同學們在交流過程中有一個共同的特點，他們都談到了書本知識和實際操作之間的極大差異，想到了一套好的思路并不等于就具有了實際操作的可行性，畢竟老師在課堂上講的中學物理都是理想化的條件居多，同學們明顯感到動手操作能力的重要性。但是作為老師的我當時的心情是十分舒暢的，畢竟我的冒險舉措收到了以往講授式課堂中所無法獲得的成效，因為我發現同學們在體會到研究的樂趣的過程中，所用的都是學過的物理知識。最后，改裝彈簧秤為重力加速度計，利用游標卡尺原理提高讀數精確度的整體試驗設計得到了最高的獎勵。

本次的研究性學習共經歷了十天，課堂教學課時為3課時。正常的教學進度沒有受到影響。同學利用課余時間完成了一次難忘的探究。