关于中职中专金属物理实验教学研究

王佳萍

（甘肃省平凉机电工程学校，甘肃 平凉 743400）

金属物理实验课程是中职中专教学中的重要课程内容，在教学前，教师已经将气体和液体的热胀冷缩基本原理教授给学生，并让学生形成了充分的认识。但在进行对金属的热胀冷缩实验教学时，由于金属的性质特殊，其表现的效果不够明显，因此在实验过程中，学生很难观察到其变化情况，使得课程的教学效果受到影响[1]。针对学生在学习该节课程的起点能力分析得出，学生在了解了气体和液体的热胀冷缩现象后，具备了对固体热胀冷缩探索的兴趣，并且已经具备了一定的自我认识，因此在对金属热胀冷缩实验教学时，存在学生很容易通过铜金属的热胀冷缩过早地下定结论：“金属也具有热胀冷缩性质”。因此在归纳总结时，教师应当为学生提供更加及时且正确的引导[2]。同时，应当从学生关注的事物及现象入手，将学生所学知识应用到实际生活中。基于上述需要，本文开展关于金属热胀冷缩的物理实验教学研究。

1 金属热胀冷缩实验教学原型存在问题

传统金属热胀冷缩的物理实验教学是通过两个实验组合完成，第一个实验是将加热后的铜金属球按照一定顺序通过金属圆环，由学生观察铜金属球是否能够穿过，以此判断铜金属是否具备热胀缩的性质，如图1所示。

图1 铜金属球热胀冷缩探究实验示意图

第二个实验的主要操作是将一根钢金属材质的金属条放置在厚木板上，一端利用大头针将其固定，另一端延伸到厚木板以外，通过对钢金属条进行加热的方式，让学生判断钢金属条是否会由于受热而出现伸长。传统金属热胀冷缩实验教学存在耗时长、效果不明显、存在一定危险性等问题。

第一，耗时长。体现在铜金属和钢金属的受热变化较慢，因此在实验过程中需要消耗大量的时间用于对其加热上。因学生缺乏耐心，在等待的过程中注意力会逐渐转移，因此既浪费了大量课堂时间，同时又降低了学生对物理实验的兴趣。

第二，效果不明显。在完成第二个实验时，判断其是否存在热胀冷缩性质的主要依据，是通过观察大头针的倾斜角度判断，但通过实践过程可以看出，大头针的倾斜角度虽然会随着加热时间的延长而发生改变，但变化幅度极小，学生不容易观察，因此无法让学生留下深刻的印象，造成实验效果不明显。

第三，存在一定危险性。物理实验教学的安全性一直是教师开展实验教学的重点内容，在进行关于金属热胀冷缩的实验过程中，需要对各类金属进行加热，使得其温度达到很高的状态，实验过程中，若没有完善的安全措施，会容易烫伤，因此存在较高的安全隐患。

2 金属热胀冷缩的物理实验教学设计

2.1 实验材料选择

通过对部分中职中专学校物理实验资源调查得出，当前大部分学校均没有满足金属热胀冷缩实验教学原型中所需的所有材料条件，因此开展实验困难[3]。为了让更多的学校开展金属热胀冷缩实验教学，对实验过程中所需的材料重新选择。可选用铜丝、铝丝和铁丝替代实验原型中的金属材料，并结合橡皮擦、酒精灯、灯泡、导线以及电池等材料，完成实验探究。上述材料均为常见的物理实践材料，学生更加熟悉，更利于以小组的形式完成对金属热胀冷缩的探究。

为了解决上述实验耗时长、效果不明显的问题，在本文设计的实验教学方式中采用铜金属、铝金属和铁金属三种金属丝材料[4]。金属丝材料相对于实验原型中的铜金属球和钢金属条相比，更细，加热后更容易得到显著的实验结果。同时，从点燃酒精灯到完成对金属丝的加热，再到小灯泡亮起主需要通过1min以内的时间，即可完成，以此可以大大提升实验教学的效率。

2.2 实验方式合二为一

为降低实验原型的操作复杂性，本文将上述两组实验结合，形成二合一的实验方式。图2为金属热胀冷缩二合一实验教学方式线路连接图。

图2 金属热胀冷缩二合一实验教学方式线路连接图

按照图2中的设置方式，将两根金属丝材料连接在橡皮擦上，并在中间留出部分孔隙，以此形成无法使小灯泡亮起的断开电路结构。完成连接后，利用酒精灯对金属丝进行加热，等待20s后，若小灯泡亮起，则说明金属丝受热出现了伸长的现象，使整个装置形成了闭合的结构。停止酒精灯加热后，再等待20s，若小灯泡熄灭，则说明金属丝遇冷收缩，形成了断开的结构。以此，通过更加简便的实验形式，证明金属具有热胀冷缩性质。

2.3 实验探究活动总结

在实验原型中，学生对于实验的基本原理较为模糊，一旦脱离教师的帮助，就会出现不知所措的现象。因此，针对实验原型中重结果、轻过程的现象，在实验教学时，应当在全过程中增加探究活动总结的环节[5]。教师应当引导学生对金属是否具备热胀冷缩性质进行小组讨论，并设计出相应的实验方案，从而发散学生的创新思维，教师只负责为学生提供本文上述实验形式中所需的各类材料即可。在完成对铜金属丝的热胀冷缩实验探究后，教师为学生提供铜丝和铁丝材料，让学生按照相同的方式，进一步探究不同金属材料的热胀冷缩性质。

整体实验方案应当是由学生自主讨论得出的，如何搭建合理的实验装置也是由教师引导学生自主完成。由于在进行实验教学之前，学生并未接触过类似的实验，因此教师应当强调实验的原理，并逐步引导学生完成对闭合线路的连接，而对于金属丝在电路当中的连接应当由学生通过发散思维，大胆尝试，并以小组为单位自行讨论产生结果。

3 实验教学效果对比

为进一步验证本文提出的关于金属热胀冷缩的物理实验教学方法实际应用中是否具备更理想的教学效果，将其与传统教学方法进行对比，分别选择10名中职中专的学生，划分为两组，一组完成本文提出的实验，另一组完成原型实验，对比两组实验教学方法的耗时情况，如表1所示。

表1 两种实验教学方法结果对比

根据两种实验教学方法的教学效果得出，本文在三个实验环节中的耗时均明显小于传统教学方法中实验原型的耗时，同时，完成教学后，从学生的反馈中得出，更多的学生更愿意通过本文提出的教学方法，完成对金属热胀冷缩的探究实验，并且教学效果更好。

4 结语

通过开展关于金属热胀冷缩的物理实验教学研究，对传统教学方法反思并改进，新的实验设计环节具备更加理想的教学效果。同时，通过研究得出，针对学生的物理实验教学应当不断改进，并需要更加精益求精的实验设计方案，以此达到更理想的教学效果。