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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)儀器，走向我最引以為傲的班級高三（13）班。心里不時(shí)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。”同學(xué)們顯然是被調(diào)動了，一下子身體坐直，個(gè)個(gè)眼里放出了光彩。“請看探金法寶！”我從身后提出實(shí)驗(yàn)儀器，在同學(xué)們好奇的目光聚焦下實(shí)驗(yàn)儀器擺到了講臺。同學(xué)們看到熟悉的儀器，頓時(shí)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(jì)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(yàn)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(jì)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(jìn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動過程中，豎直方向在連續(xù)相等的時(shí)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(yùn)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(yùn)動時(shí)，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(yùn)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(shí)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(jìn)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(jià)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(shí)間，選用實(shí)驗(yàn)室的儀器和自己能找到的工具，制作簡易的重力加速度計(jì)或提出設(shè)計(jì)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(jiǎng)勵(lì)。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(shí)間去完成這些作業(yè)以外的任務(wù)。”是啊，同學(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(shí)驗(yàn)室上，同學(xué)可以選擇任何實(shí)驗(yàn)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(shí)間全力以赴高效完成作業(yè)。以后的一周時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(xiǎn)”的決定。接下來的一周時(shí)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(yàn)收他們的研究成果了。我拿著獎(jiǎng)品走進(jìn)教室時(shí)，吃了一驚。講臺上放滿了各種實(shí)驗(yàn)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(gè)個(gè)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(gè)帶了他們?nèi)甑睦蠋熝矍耙涣?，以下列舉了幾個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置在學(xué)?；顒又行牡那锴Ъ苓M(jìn)行單擺實(shí)驗(yàn)。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(jìn)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(diǎn)，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(gè)便攜口袋式的重力加速度計(jì)的發(fā)明得到了同學(xué)的一致認(rèn)可）。

2．利用自由落體運(yùn)動測重力加速度

（1）利用“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置仿照實(shí)驗(yàn)《測定勻加速運(yùn)動的加速度》的實(shí)驗(yàn)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(gè)盤子，使第一個(gè)水滴碰到盤子的瞬間，第二個(gè)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(shí)間，就正好等于相繼滴下的兩個(gè)水滴之間的時(shí)間間隔。利用醫(yī)院采用的輸液器可保證水滴下落的等時(shí)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(jì)的設(shè)計(jì)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(jìn)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?jì)。

（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(jìn)行精確讀數(shù)。

同學(xué)們在交流過程中有一個(gè)共同的特點(diǎn)，他們都談到了書本知識和實(shí)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(shí)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(shí)的心情是十分舒暢的，畢竟我的冒險(xiǎn)舉措收到了以往講授式課堂中所無法獲得的成效，因?yàn)槲野l(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(jì)，利用游標(biāo)卡尺原理提高讀數(shù)精確度的整體試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了最高的獎(jiǎng)勵(lì)。

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