王佳萍

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

金屬物理實(shí)驗(yàn)課程是中職中專(zhuān)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(shí)。但在進(jìn)行對(duì)金屬的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，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(shí)驗(yàn)過(guò)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(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)該節(jié)課程的起點(diǎn)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(duì)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(shí)，因此在對(duì)金屬熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，存在學(xué)生很容易通過(guò)銅金屬的熱脹冷縮過(guò)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(shí)，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供更加及時(shí)且正確的引導(dǎo)[2]。同時(shí)，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(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中?；谏鲜鲂枰?，本文開(kāi)展關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

1 金屬熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)原型存在問(wèn)題

傳統(tǒng)金屬熱脹冷縮的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組合完成，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是將加熱后的銅金屬球按照一定順序通過(guò)金屬圓環(huán)，由學(xué)生觀察銅金屬球是否能夠穿過(guò)，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(shí)驗(yàn)示意圖

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)鋼金屬條進(jìn)行加熱的方式，讓學(xué)生判斷鋼金屬條是否會(huì)由于受熱而出現(xiàn)伸長(zhǎng)。傳統(tǒng)金屬熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在耗時(shí)長(zhǎng)、效果不明顯、存在一定危險(xiǎn)性等問(wèn)題。

第一，耗時(shí)長(zhǎng)。體現(xiàn)在銅金屬和鋼金屬的受熱變化較慢，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要消耗大量的時(shí)間用于對(duì)其加熱上。因?qū)W生缺乏耐心，在等待的過(guò)程中注意力會(huì)逐漸轉(zhuǎn)移，因此既浪費(fèi)了大量課堂時(shí)間，同時(shí)又降低了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

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

第三，存在一定危險(xiǎn)性。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性一直是教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，在進(jìn)行關(guān)于金屬熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)各類(lèi)金屬進(jìn)行加熱，使得其溫度達(dá)到很高的狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若沒(méi)有完善的安全措施，會(huì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料選擇

通過(guò)對(duì)部分中職中專(zhuān)學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)資源調(diào)查得出，當(dāng)前大部分學(xué)校均沒(méi)有滿(mǎn)足金屬熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)原型中所需的所有材料條件，因此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)困難[3]。為了讓更多的學(xué)校開(kāi)展金屬熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需的材料重新選擇?？蛇x用銅絲、鋁絲和鐵絲替代實(shí)驗(yàn)原型中的金屬材料，并結(jié)合橡皮擦、酒精燈、燈泡、導(dǎo)線(xiàn)以及電池等材料，完成實(shí)驗(yàn)探究。上述材料均為常見(jiàn)的物理實(shí)踐材料，學(xué)生更加熟悉，更利于以小組的形式完成對(duì)金屬熱脹冷縮的探究。

為了解決上述實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、效果不明顯的問(wèn)題，在本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(duì)于實(shí)驗(yàn)原型中的銅金屬球和鋼金屬條相比，更細(xì)，加熱后更容易得到顯著的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，從點(diǎn)燃酒精燈到完成對(duì)金屬絲的加熱，再到小燈泡亮起主需要通過(guò)1min以?xún)?nèi)的時(shí)間，即可完成，以此可以大大提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

2.2 實(shí)驗(yàn)方式合二為一

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

圖2 金屬熱脹冷縮二合一實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式線(xiàn)路連接圖

按照?qǐng)D2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(wú)法使小燈泡亮起的斷開(kāi)電路結(jié)構(gòu)。完成連接后，利用酒精燈對(duì)金屬絲進(jìn)行加熱，等待20s后，若小燈泡亮起，則說(shuō)明金屬絲受熱出現(xiàn)了伸長(zhǎng)的現(xiàn)象，使整個(gè)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(shuō)明金屬絲遇冷收縮，形成了斷開(kāi)的結(jié)構(gòu)。以此，通過(guò)更加簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)形式，證明金屬具有熱脹冷縮性質(zhì)。

2.3 實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)總結(jié)

在實(shí)驗(yàn)原型中，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的基本原理較為模糊，一旦脫離教師的幫助，就會(huì)出現(xiàn)不知所措的現(xiàn)象。因此，針對(duì)實(shí)驗(yàn)原型中重結(jié)果、輕過(guò)程的現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在全過(guò)程中增加探究活動(dòng)總結(jié)的環(huán)節(jié)[5]。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)金屬是否具備熱脹冷縮性質(zhì)進(jìn)行小組討論，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)形式中所需的各類(lèi)材料即可。在完成對(duì)銅金屬絲的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步探究不同金屬材料的熱脹冷縮性質(zhì)。

整體實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置也是由教師引導(dǎo)學(xué)生自主完成。由于在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，學(xué)生并未接觸過(guò)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，因此教師應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的原理，并逐步引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)閉合線(xiàn)路的連接，而對(duì)于金屬絲在電路當(dāng)中的連接應(yīng)當(dāng)由學(xué)生通過(guò)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(shí)驗(yàn)教學(xué)效果對(duì)比

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法實(shí)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(jìn)行對(duì)比，分別選擇10名中職中專(zhuān)的學(xué)生，劃分為兩組，一組完成本文提出的實(shí)驗(yàn)，另一組完成原型實(shí)驗(yàn)，對(duì)比兩組實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的耗時(shí)情況，如表1所示。

表1 兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法結(jié)果對(duì)比

根據(jù)兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的教學(xué)效果得出，本文在三個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的耗時(shí)均明顯小于傳統(tǒng)教學(xué)方法中實(shí)驗(yàn)原型的耗時(shí)，同時(shí)，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(guò)本文提出的教學(xué)方法，完成對(duì)金屬熱脹冷縮的探究實(shí)驗(yàn)，并且教學(xué)效果更好。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展關(guān)于金屬熱脹冷縮的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法反思并改進(jìn)，新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具備更加理想的教學(xué)效果。同時(shí)，通過(guò)研究得出，針對(duì)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)不斷改進(jìn)，并需要更加精益求精的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以此達(dá)到更理想的教學(xué)效果。