一次物理研究性学习的大胆尝试

王春燕

这天的课堂教学任务是复习“利用单摆测定重力加速度”的实验，我驾轻就熟地备好了整堂课的教学内容，满怀信心地提着实验仪器，走向我最引以为傲的班级高三（13）班。心里不时默念着我的课堂引入语，我要让这堂复习课从一开始就充满活力。

“同学们，今天我们来一起重温一下美国西部掘金者的探金秘诀。”同学们显然是被调动了，一下子身体坐直，个个眼里放出了光彩。“请看探金法宝！”我从身后提出实验仪器，在同学们好奇的目光聚焦下实验仪器摆到了讲台。同学们看到熟悉的仪器，顿时猜到了我的后话，“我还以为是什么呢！”坐在第一排的物理课代表首先泄了气，翻开笔记本开始准备记录。全班同学发亮的眼神瞬间消失，恢复了往日上课的姿态。一节课下来，我的计划破产了：课堂内容“顺利”完成，可是我再也没能看到同学们闪光的双眼，一切都如程序。下课铃声响起了，作业照旧。

快要走出教室，我的内心忽然有了一股冲动，为什么不让同学们自己去研究体验一下呢！我转过身，回到讲台，说：“今天的作业改一下，请你用所学的物理学知识，设计尽可能多的测定重力加速度的方法，周末有条件的可以亲手做一下，下周一我们来分组交流好吗！”同学们显然是吃了一惊，但紧接着的是整齐地回应“好！”。我得意地看到同学眼里的光彩又回来了，但是忽然又有了一分忧虑：同学们会去认真做吗？

终于等到了周一，走进教室就发现同学们三两成群地聚在一起讨论着什么，莫非是在临时抱佛脚？但是随后的交流消除了我的顾虑，并且让我大吃一惊。我居然看了到在高三的课堂里罕见的举手发言。

一位同学破天荒第一次举手发言居然说出了十多种方案：

（1）在静力学中，静止物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小就等于重力，即T＝N＝mg。若T或（N）和m能测出，则重力加速度g可测定；

（2）在超重或失重（但不完全失重）系统中，F－mg＝眒a，a和m可测出，则重力加速度g可测定；

（3）在运动学中，物体从光滑斜面上由静止下滑，若s、%a和t可测定，则重力加速度g也可测定；

（4）在运动学中，物体从粗糙斜面上由静止下滑，若s、%a、%e和t可测，则重力加速度g也可测定；

（5）自由落体运动中，h＝0．5gt2。若h和t可测出，则重力加速度g也可测定；

（6）用重力加速度测定仪测定；

（7）在平抛运动过程中，竖直方向在连续相等的时间内位移之差%=y＝gt2。若%=y和t可测，重力加速度g同样可以测出；

（8）在斜抛运动中，水平射程可以表示为x＝v02sin2%a／g。若x、v0和%a可测出，则重力加速度g也可测出；

（9）单摆做简谐运动时，若T和L可测，则g可测；

（10）假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动，mg＝GMm/R2，则g＝GM/R2……

面对热烈的课堂气氛，看着同学们少有的自主学习激情，内心在高兴之余又有了矛盾。高三的课时安排十分紧张，放手让同学们去研究恐怕会影响教学进度，将来参加高考可不是闹着玩的。环视同学们互相讨论、评价的热烈场景，还是决定把这种学习探究的激情保持下去，而且要让它更加火热地燃烧下去。

这次的作业更加让同学感到“另类”：利用一周的课外时间，选用实验室的仪器和自己能找到的工具，制作简易的重力加速度计或提出设计原理，要求是简单易用、减少误差，最好的制作和想法还可以得到奖励。同学们当然是跃跃欲试，但是班长的提醒却为大家浇了一盆冷水：“我们根本没有时间去完成这些作业以外的任务。”是啊，同学们太忙碌了。于是我动用了班主任的权力，“今天下午的自修到实验室上，同学可以选择任何实验仪器；今天的活动课同学可以自由选择活动和研究。其他时间全力以赴高效完成作业。以后的一周时间内实验室中午为同学开放。”我作出了我从教以来一次最“冒险”的决定。接下来的一周时间是难熬的而又值得期待的。

又是周一到了，按照与同学的约定我要验收他们的研究成果了。我拿着奖品走进教室时，吃了一惊。讲台上放满了各种实验仪器，在教室的一角居然还有一套医院里的输液设备。交流很快开始了，同学们个个显得迫不及待、胸有成竹。我让出了讲台退到一边，聆听同学们的大作。同学的阐述显示了在协作研究中享受到的乐趣，丰富的想象让我这个带了他们三年的老师眼前一亮，以下列举了几个同学们的典型研究成果：

1．利用单摆测定重力加速度

（1）增大摆线长度可减少误差

学生利用铅球和钓鱼专用线，把实验装置设置在学校活动中心的秋千架进行单摆实验。为了解决减少摆长测量误差的问题，他们测出了铅球球心到地面的距离，利用改变摆长法进行数据处理。我非常满意，他们用行动巩固了相应的知识点，也学到了更多我无法在课堂中给予的知识。

（2）简易重力加速度：在摆线上端标注刻度，利用手表，改变摆长法测定重力加速度（这个便携口袋式的重力加速度计的发明得到了同学的一致认可）。

2．利用自由落体运动测重力加速度

（1）利用“验证机械能守恒定律”的实验装置仿照实验《测定匀加速运动的加速度》的实验原理。

（2）利用滑轮组减少物体下落的加速度测出m1、m2、h和t则重力加速度可以算出。

（3）利用水滴下落可以测出重力加速度，调节输液器，让水一滴一滴地流出，在输液器正下方放一个盘子，使第一个水滴碰到盘子的瞬间，第二个水滴正好从针管管口开始下落，把盘子垫起来，以便能清晰地听到水滴碰到盘子的响声。水滴从管口落到盘子经过的时间，就正好等于相继滴下的两个水滴之间的时间间隔。利用医院采用的输液器可保证水滴下落的等时间要求且水滴下落高度方便调节，利用盘子下方安置的麦克风可以把声音放大方便测量。

3．利用二力平衡测重力加速度

（1）简易重力加速度计的设计原理

在弹簧秤上使用标准质量的砝码，把对应读数进行对应重力加速度值的换算表注，普通的弹簧秤即可改制成为可直接读出当地重力加速度值的简易重力加速度计。

（2）讨论提高精确度的方案

采用劲度系数较小的弹簧和较大质量的标准砝码可增大单位加速度值刻度之间的距离，在重力加速度刻度上仿照游标卡尺制作游标进行精确读数。

同学们在交流过程中有一个共同的特点，他们都谈到了书本知识和实际操作之间的极大差异，想到了一套好的思路并不等于就具有了实际操作的可行性，毕竟老师在课堂上讲的中学物理都是理想化的条件居多，同学们明显感到动手操作能力的重要性。但是作为老师的我当时的心情是十分舒畅的，毕竟我的冒险举措收到了以往讲授式课堂中所无法获得的成效，因为我发现同学们在体会到研究的乐趣的过程中，所用的都是学过的物理知识。最后，改装弹簧秤为重力加速度计，利用游标卡尺原理提高读数精确度的整体试验设计得到了最高的奖励。

本次的研究性学习共经历了十天，课堂教学课时为3课时。正常的教学进度没有受到影响。同学利用课余时间完成了一次难忘的探究。