一次物理研究性學(xué)習(xí)的大膽嘗試

王春燕

這天的課堂教學(xué)任務(wù)是復(fù)習(xí)“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(xué)內(nèi)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(fù)習(xí)課從一開始就充滿活力。

“同學(xué)們，今天我們來一起重溫一下美國西部掘金者的探金秘訣?！蓖瑢W(xué)們顯然是被調(diào)動了，一下子身體坐直，個個眼里放出了光彩?！罢埧刺浇鸱▽殻　蔽覐纳砗筇岢鰧嶒瀮x器，在同學(xué)們好奇的目光聚焦下實驗儀器擺到了講臺。同學(xué)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(zhǔn)備記錄。全班同學(xué)發(fā)亮的眼神瞬間消失，恢復(fù)了往日上課的姿態(tài)。一節(jié)課下來，我的計劃破產(chǎn)了：課堂內(nèi)容“順利”完成，可是我再也沒能看到同學(xué)們閃光的雙眼，一切都如程序。下課鈴聲響起了，作業(yè)照舊。

快要走出教室，我的內(nèi)心忽然有了一股沖動，為什么不讓同學(xué)們自己去研究體驗一下呢！我轉(zhuǎn)過身，回到講臺，說：“今天的作業(yè)改一下，請你用所學(xué)的物理學(xué)知識，設(shè)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(xué)們顯然是吃了一驚，但緊接著的是整齊地回應(yīng)“好！”。我得意地看到同學(xué)眼里的光彩又回來了，但是忽然又有了一分憂慮：同學(xué)們會去認(rèn)真做嗎？

終于等到了周一，走進教室就發(fā)現(xiàn)同學(xué)們?nèi)齼沙扇旱鼐墼谝黄鹩懻撝裁?，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(fā)言。

一位同學(xué)破天荒第一次舉手發(fā)言居然說出了十多種方案：

（1）在靜力學(xué)中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮【偷扔谥亓?，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(tǒng)中，F(xiàn)－mg＝眒a，a和m可測出，則重力加速度g可測定；

（3）在運動學(xué)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(xué)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(xù)相等的時間內(nèi)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(shè)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(xué)們少有的自主學(xué)習(xí)激情，內(nèi)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(xué)們?nèi)パ芯靠峙聲绊懡虒W(xué)進度，將來參加高考可不是鬧著玩的。環(huán)視同學(xué)們互相討論、評價的熱烈場景，還是決定把這種學(xué)習(xí)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(yè)更加讓同學(xué)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(shè)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(xué)們當(dāng)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(yè)以外的任務(wù)?！笔前。瑢W(xué)們太忙碌了。于是我動用了班主任的權(quán)力，“今天下午的自修到實驗室上，同學(xué)可以選擇任何實驗儀器；今天的活動課同學(xué)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(yè)。以后的一周時間內(nèi)實驗室中午為同學(xué)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(xué)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(yī)院里的輸液設(shè)備。交流很快開始了，同學(xué)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(xué)們的大作。同學(xué)的闡述顯示了在協(xié)作研究中享受到的樂趣，豐富的想象讓我這個帶了他們?nèi)甑睦蠋熝矍耙涣粒韵铝信e了幾個同學(xué)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(xué)生利用鉛球和釣魚專用線，把實驗裝置設(shè)置在學(xué)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(shù)據(jù)處理。我非常滿意，他們用行動鞏固了相應(yīng)的知識點，也學(xué)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(biāo)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(fā)明得到了同學(xué)的一致認(rèn)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(diào)節(jié)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(jīng)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(yī)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(diào)節(jié)，利用盤子下方安置的麥克風(fēng)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(shè)計原理

在彈簧秤上使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的砝碼，把對應(yīng)讀數(shù)進行對應(yīng)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(dāng)?shù)刂亓铀俣戎档暮喴字亓铀俣扔嫛?/p>

（2）討論提高精確度的方案

采用勁度系數(shù)較小的彈簧和較大質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)卡尺制作游標(biāo)進行精確讀數(shù)。

同學(xué)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(xué)物理都是理想化的條件居多，同學(xué)們明顯感到動手操作能力的重要性。但是作為老師的我當(dāng)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(fā)現(xiàn)同學(xué)們在體會到研究的樂趣的過程中，所用的都是學(xué)過的物理知識。最后，改裝彈簧秤為重力加速度計，利用游標(biāo)卡尺原理提高讀數(shù)精確度的整體試驗設(shè)計得到了最高的獎勵。

本次的研究性學(xué)習(xí)共經(jīng)歷了十天，課堂教學(xué)課時為3課時。正常的教學(xué)進度沒有受到影響。同學(xué)利用課余時間完成了一次難忘的探究。