关于公路的弯道测量.docx

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关于公路的弯道测量

关于公路的弯道测量——高中物理研究性学习案例

研究性学习指学生在教师的指导下，从学习和社会生活中选取并确定研究专题，用类似科学研究的方法去获取知识、应用知识、认识问题、解决问题的学习方法。

它从学习者个体发展的需要和认识规律出发，以创造为指向，通过转变学生的学习方法，培养学生的创新精神和实践能力。

美国著名的教育家约翰#杜威的“儿童活动中心论”为开展研究性学习奠定了坚实的理论基础。

20世纪80年代以来，研究性学习在世界许多发达国家普遍实施，我国目前尚处在研究性学习的起步探索阶段，研究性学习是新一轮基础教育课程改革的亮点。

我校开展研究性学习已经一年了，其中有不少成功的案例，下面介绍一个研究性学习的案例——公路弯道测量，它的特色是注重资源的开发和利用、注重生成性问题的捕捉和解决。

1问题的提出

广东省惠州市的经济发展非常迅猛，交通建设蒸蒸日上，我们学校门前正在修筑市三环路，路的等级比较高，又由于路旁有山，所以门前的一段路修成S形，如图1所示。

过往的行人经过时发现，路面在拐弯处不是水平的，而是一侧高、另一侧低，人们对此议论纷纷，有人说是为了下雨时雨水容易流走，有人说这样车可以跑得快，经常从这里路过的同学问我路面为什么要修成这样？

这是类似火车转弯的向心力问题，相关的知识学生现在还没有学到，我觉得这是一个不错的研究性课题。

于是，我亲自对路面进行了实地考察，觉得这个课题具有可行性和现实性：

1、公路正在一段一段的修筑，没有通车，测量较安全；2、从路况可以看出，路面比较复杂，部分路段没有修筑，这可以给研究留下一些悬念；3、虽然现在学生没有学到向心力的知识，但他们探究未知领域、获取必要的信息、了解、分析问题和得出结论的愿望很强烈，因此我们决定以“公路弯道测量”为课题进行研究性学习。

2研究的实施步骤

我们共组织了4个小组，每个小组大约6人左右，研究是在课余时间分时完成的。

（1）察看地形

各小组首先分批对公路地形和路面进行了更为详细的调查，学生们观察很细致，最后总结地形特点报告：

这段路面呈“S”形，弯曲部分内侧路面低，外侧部分路面高，弯曲程度大的（老师注：

曲率半径小的）路段内外侧高度差较大，否则小。

为什么要修成这样呢？

我告诉他们，到物理教材“圆周运动及其应用”一章中去找答案。

通过自学，他们很快找到了合理的解释，虽然有的同学还不很理解，但他们这时对该知识的需求却成为他们理解这些知识的强大动力。

为了使原理的理解更透彻，各小组在一起，一个小组解释，其他做必要的补充，这是一次交流、互相学习的机会。

我们的实践表明，对某一部分知识的实际需求会形成对之学习的强大动力，这是一种“问题驱动”式的学习。

最后讨论的合理解释为：

如图2所示，汽车以一定的速度v通过公路，在拐弯处，重力和支持力的合力提供向心力。

由公式可知，转弯处半径越小，路面的倾角越大。

学生们的问题解决了，他们很高兴，似乎完成任务了。

我又向他们提出了一个新问题：

工程师设计这段公路的设计车速是多大?

学生：

问一问设计的工程师。

另一学生：

我们只要测出公路的转弯半径和路面的倾角，由公式就可以求出了。

老师：

我们先自己测量，再请教工程师叔叔，看看我们的测量准不准。

请大家设计出测弯道半径、路面倾角和设计车速的方案来，过几天我们进行交流。

鼓励同学提出与他人不同的办法

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

。

他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

。

他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

。

他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

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他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

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他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

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他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

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他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

再用水槽测出路面的倾角，如图4所示，计算公式为：

他们的生成性问题及其解决方案：

风吹水动，不易测水槽里水的深度，他们以水面振动到达的最高点和最低点之间的中点为测量点进行测量。

镜头2：

他们计划在路边把路面所在的直线向外延伸进行测量，如图5所示，但修路工人已经在路边加了护边水泥砖，原测量方案无法实施，开始他们埋怨工人为什么动作这么快，后来冷静以后想，情况已经变化了，只能想新的方法。

当新的方案形成并顺利实施时，他们欣喜无比。

镜头3：

这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上，如图6所示，利用几何知识测路面倾角，用的工具既现代又富有创造性，工程上经常用这种方法，然而由于没有控制激光笔水平的工具，只能用手来控制激光笔，“失之毫厘，差之千里”，结果测量误差还是不小的。

（4）总结与拓展

同学们满怀着收获的喜悦，展示自己的劳动成果，当得知工程师的设计结果和他们的测量基本一致时，他们是多么兴奋，“我居然能干工程师做的事情了”。

研究成果使同学们获得了自信。

他们的计算结果是30km/h。

半年后，这段路旁果然竖起一块提示牌：

“车速30”。

最后，我又带领他们到计算机上用电子地图进行测量，他们感叹：

电脑和网络的用途真多呀。

我们不能小瞧这些做法，这对他们今后的工作和学习的意义是深远的。

有学者建议，进行研究性学习有必要将学生信息素养的培养贯穿于整个研究性学习的过程中，将信息技术教育与研究性学习有机地整合在一起。

因为学生运用信息技术对信息采集、整理、分析、汇总和运用的能力已经成为终身学习必须具备的基本技能。

其中有一个小组提出了一个创新性的解释：

公路转弯处路面修成倾斜的，除了安全考虑之外，还有一条，就是车上的人以规定速度经过时，人不会往外倾斜，感觉会舒适些，这是修路时的人文考虑。

学生还发现一个问题并作了创新解释，如图7所示，左车道已经修好，右车道正在修，之间留下一片绿地，为什么?

学生们进行了讨论，最后总结：

除了环境方面的因素，主要是因为这样修筑比连续修节约土石方，如图8所示。

3总结总结这次研究性学习有如下特点：

（1）计划性

进行研究性学习时，可以与常规教学接轨，使学生形成学习的需要，为学习新的知识形成了新的增长点。

本次研究性学习之后，我们学习圆周运动时，学生学得很好。

（2）充分发挥研究性学习的综合功能

这次研究性学习实现了如下综合功能：

打破科技的神秘面纱：

我能当工程师了。

通过转变学习方式促进每一个学生的个性健全发展，为每一个学生个性的充分发展创造了空间。

我国当前的教育形式以接受式学习为主，它有优势和弊端，而研究性学习正是弥补其缺陷的有效的教育和学习方式。

在研究过程中，牵扯到许多其他学科的知识，通过问题解决在不同学科之间建立了一条纽带。

（3）争取社会的理解和支持

我们搞研究性学习需要社会的理解和支持，因为在开展研究性学习时，学生有时要外出参观、调查、访问，这样就需要社会各部门的支持。

（4）巧妙发挥教师的指导作用

在研究性学习的过程中，老师的指导是必不可少的，老师指导的技巧是，用商量的口吻去和学生交流。

当学生遇到棘手问题一筹莫展时，教师可以把握时机、适时参与，以和学生平等的协作者身份给学生以必要的启发和引导，当学生忽略了某一重要环节或关键问题时，教师可以就与之相关的问题假装向学生求助，教师的指导变得隐蔽，其作用的结果通过学生的行为表现出来，教师精心的指导往往体现在似乎无心之处。

让学生始终感到，他们是研究的主人，遇到问题需要自己解决，不能依赖别人。

（5）学生在参加这次研究性学习时的体验

以下是学生的体验：

①我们想不出一个测量方案，听到其他同学提出了那么多的巧妙方案，用的都是我们过去学过的知识，我们学习的知识原来有这么重要的用途，我深为自己知识的匮乏而遗憾。

学过的知识如果不会应用等于没有学，今后我要找机会应用所学的知识解决实际问题。

②我们对自己的方案自信十足时，发现在实际中却是行不通的，比如路面不是理想的平面，参照的水平面如何确定?

这些在纸上是不用考虑的，我深深地感到，理论和实践的距离。

③当我们的方案无法进行时，同伴们不是冷静思考，共同找到解决方案，而是互相埋怨，谁也不动手，没有人记录，没有人找工具，当我们最终测量失败时，我们知道了“合作”的重要性。

④消除了对工程师的神秘感，过去我们认为研究只能是工程师、科学家的事情。

这些体验是课堂教学所不曾有的，这对他们今后的社会生活是有意义的，让他们知道什么能力是必须锻炼的，要做好准备，避免走进社会时出现手足无措的局面。

这种体验越早越好，如果发生在一个小学高年级学生、一个初中学生身上，他是幸运的，如果发生在一个即将毕业的本科生、研究生，甚至博士生身上，那就很被动了，后一种现象不是没有的。

4几点思考

（1）关于选题

最近在报纸上看到，北京某老师带领学生研究深圳男子精子减少的成因问题，科研价值很高。

我们对学生研究性学习的科研价值不要苛求，在问题的提出和选择上，不一定要追求问题的学术价值，只要是学生们在实际生活中发现的问题，再小也有意义。

（2）开发和利用课程资源、建立案例的成功资源库

新课程改革为我们教改提供了一个宽松的环境，我们应大胆地实践，了解周围的社会环境和自然环境，并开发利用作为课程资源。

这是深入开展研究性学习必须经历的阶段，不能仅仅停留到“先进的理念”层面，一谈实际操作就觉得空泛，要让先进的理念在实践中扎下根来。

（3）研究性学习对教师的要求有所提高

研究性学习对教师的教育理论素养、知识水平、教学能力和综合素质都有较高的要求，老师要不断学习，提高自身素质。