關(guān)于中職中專金屬物理實驗教學(xué)研究

王佳萍

（甘肅省平?jīng)鰴C電工程學(xué)校，甘肅 平?jīng)?743400）

金屬物理實驗課程是中職中專教學(xué)中的重要課程內(nèi)容，在教學(xué)前，教師已經(jīng)將氣體和液體的熱脹冷縮基本原理教授給學(xué)生，并讓學(xué)生形成了充分的認(rèn)識。但在進行對金屬的熱脹冷縮實驗教學(xué)時，由于金屬的性質(zhì)特殊，其表現(xiàn)的效果不夠明顯，因此在實驗過程中，學(xué)生很難觀察到其變化情況，使得課程的教學(xué)效果受到影響[1]。針對學(xué)生在學(xué)習(xí)該節(jié)課程的起點能力分析得出，學(xué)生在了解了氣體和液體的熱脹冷縮現(xiàn)象后，具備了對固體熱脹冷縮探索的興趣，并且已經(jīng)具備了一定的自我認(rèn)識，因此在對金屬熱脹冷縮實驗教學(xué)時，存在學(xué)生很容易通過銅金屬的熱脹冷縮過早地下定結(jié)論：“金屬也具有熱脹冷縮性質(zhì)”。因此在歸納總結(jié)時，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供更加及時且正確的引導(dǎo)[2]。同時，應(yīng)當(dāng)從學(xué)生關(guān)注的事物及現(xiàn)象入手，將學(xué)生所學(xué)知識應(yīng)用到實際生活中。基于上述需要，本文開展關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實驗教學(xué)研究。

1 金屬熱脹冷縮實驗教學(xué)原型存在問題

傳統(tǒng)金屬熱脹冷縮的物理實驗教學(xué)是通過兩個實驗組合完成，第一個實驗是將加熱后的銅金屬球按照一定順序通過金屬圓環(huán)，由學(xué)生觀察銅金屬球是否能夠穿過，以此判斷銅金屬是否具備熱脹縮的性質(zhì)，如圖1所示。

圖1 銅金屬球熱脹冷縮探究實驗示意圖

第二個實驗的主要操作是將一根鋼金屬材質(zhì)的金屬條放置在厚木板上，一端利用大頭針將其固定，另一端延伸到厚木板以外，通過對鋼金屬條進行加熱的方式，讓學(xué)生判斷鋼金屬條是否會由于受熱而出現(xiàn)伸長。傳統(tǒng)金屬熱脹冷縮實驗教學(xué)存在耗時長、效果不明顯、存在一定危險性等問題。

第一，耗時長。體現(xiàn)在銅金屬和鋼金屬的受熱變化較慢，因此在實驗過程中需要消耗大量的時間用于對其加熱上。因?qū)W生缺乏耐心，在等待的過程中注意力會逐漸轉(zhuǎn)移，因此既浪費了大量課堂時間，同時又降低了學(xué)生對物理實驗的興趣。

第二，效果不明顯。在完成第二個實驗時，判斷其是否存在熱脹冷縮性質(zhì)的主要依據(jù)，是通過觀察大頭針的傾斜角度判斷，但通過實踐過程可以看出，大頭針的傾斜角度雖然會隨著加熱時間的延長而發(fā)生改變，但變化幅度極小，學(xué)生不容易觀察，因此無法讓學(xué)生留下深刻的印象，造成實驗效果不明顯。

第三，存在一定危險性。物理實驗教學(xué)的安全性一直是教師開展實驗教學(xué)的重點內(nèi)容，在進行關(guān)于金屬熱脹冷縮的實驗過程中，需要對各類金屬進行加熱，使得其溫度達到很高的狀態(tài)，實驗過程中，若沒有完善的安全措施，會容易燙傷，因此存在較高的安全隱患。

2 金屬熱脹冷縮的物理實驗教學(xué)設(shè)計

2.1 實驗材料選擇

通過對部分中職中專學(xué)校物理實驗資源調(diào)查得出，當(dāng)前大部分學(xué)校均沒有滿足金屬熱脹冷縮實驗教學(xué)原型中所需的所有材料條件，因此開展實驗困難[3]。為了讓更多的學(xué)校開展金屬熱脹冷縮實驗教學(xué)，對實驗過程中所需的材料重新選擇。可選用銅絲、鋁絲和鐵絲替代實驗原型中的金屬材料，并結(jié)合橡皮擦、酒精燈、燈泡、導(dǎo)線以及電池等材料，完成實驗探究。上述材料均為常見的物理實踐材料，學(xué)生更加熟悉，更利于以小組的形式完成對金屬熱脹冷縮的探究。

為了解決上述實驗耗時長、效果不明顯的問題，在本文設(shè)計的實驗教學(xué)方式中采用銅金屬、鋁金屬和鐵金屬三種金屬絲材料[4]。金屬絲材料相對于實驗原型中的銅金屬球和鋼金屬條相比，更細，加熱后更容易得到顯著的實驗結(jié)果。同時，從點燃酒精燈到完成對金屬絲的加熱，再到小燈泡亮起主需要通過1min以內(nèi)的時間，即可完成，以此可以大大提升實驗教學(xué)的效率。

2.2 實驗方式合二為一

為降低實驗原型的操作復(fù)雜性，本文將上述兩組實驗結(jié)合，形成二合一的實驗方式。圖2為金屬熱脹冷縮二合一實驗教學(xué)方式線路連接圖。

圖2 金屬熱脹冷縮二合一實驗教學(xué)方式線路連接圖

按照圖2中的設(shè)置方式，將兩根金屬絲材料連接在橡皮擦上，并在中間留出部分孔隙，以此形成無法使小燈泡亮起的斷開電路結(jié)構(gòu)。完成連接后，利用酒精燈對金屬絲進行加熱，等待20s后，若小燈泡亮起，則說明金屬絲受熱出現(xiàn)了伸長的現(xiàn)象，使整個裝置形成了閉合的結(jié)構(gòu)。停止酒精燈加熱后，再等待20s，若小燈泡熄滅，則說明金屬絲遇冷收縮，形成了斷開的結(jié)構(gòu)。以此，通過更加簡便的實驗形式，證明金屬具有熱脹冷縮性質(zhì)。

2.3 實驗探究活動總結(jié)

在實驗原型中，學(xué)生對于實驗的基本原理較為模糊，一旦脫離教師的幫助，就會出現(xiàn)不知所措的現(xiàn)象。因此，針對實驗原型中重結(jié)果、輕過程的現(xiàn)象，在實驗教學(xué)時，應(yīng)當(dāng)在全過程中增加探究活動總結(jié)的環(huán)節(jié)[5]。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對金屬是否具備熱脹冷縮性質(zhì)進行小組討論，并設(shè)計出相應(yīng)的實驗方案，從而發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維，教師只負(fù)責(zé)為學(xué)生提供本文上述實驗形式中所需的各類材料即可。在完成對銅金屬絲的熱脹冷縮實驗探究后，教師為學(xué)生提供銅絲和鐵絲材料，讓學(xué)生按照相同的方式，進一步探究不同金屬材料的熱脹冷縮性質(zhì)。

整體實驗方案應(yīng)當(dāng)是由學(xué)生自主討論得出的，如何搭建合理的實驗裝置也是由教師引導(dǎo)學(xué)生自主完成。由于在進行實驗教學(xué)之前，學(xué)生并未接觸過類似的實驗，因此教師應(yīng)當(dāng)強調(diào)實驗的原理，并逐步引導(dǎo)學(xué)生完成對閉合線路的連接，而對于金屬絲在電路當(dāng)中的連接應(yīng)當(dāng)由學(xué)生通過發(fā)散思維，大膽嘗試，并以小組為單位自行討論產(chǎn)生結(jié)果。

3 實驗教學(xué)效果對比

為進一步驗證本文提出的關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實驗教學(xué)方法實際應(yīng)用中是否具備更理想的教學(xué)效果，將其與傳統(tǒng)教學(xué)方法進行對比，分別選擇10名中職中專的學(xué)生，劃分為兩組，一組完成本文提出的實驗，另一組完成原型實驗，對比兩組實驗教學(xué)方法的耗時情況，如表1所示。

表1 兩種實驗教學(xué)方法結(jié)果對比

根據(jù)兩種實驗教學(xué)方法的教學(xué)效果得出，本文在三個實驗環(huán)節(jié)中的耗時均明顯小于傳統(tǒng)教學(xué)方法中實驗原型的耗時，同時，完成教學(xué)后，從學(xué)生的反饋中得出，更多的學(xué)生更愿意通過本文提出的教學(xué)方法，完成對金屬熱脹冷縮的探究實驗，并且教學(xué)效果更好。

4 結(jié)語

通過開展關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實驗教學(xué)研究，對傳統(tǒng)教學(xué)方法反思并改進，新的實驗設(shè)計環(huán)節(jié)具備更加理想的教學(xué)效果。同時，通過研究得出，針對學(xué)生的物理實驗教學(xué)應(yīng)當(dāng)不斷改進，并需要更加精益求精的實驗設(shè)計方案，以此達到更理想的教學(xué)效果。