２０１ ３年１ ０，９刊 Ｍ训 锄煮害蚴ｆ 黩 ｅ 吲３《 （ ｛臻黧 豳豳 黧 嬲酾嬲丽嬲嘲麓霸黼 黼嚣隔一 黼嘲 ＿ ∽提高示波器实验教学效果的探索 胡 澄，林上金，白 忠，翟孝月 （理工大学理学院，江苏 南京２１１１０１） 【摘要】 对“示波器原理与使用”实验进行课堂教学设计，引入探究情境，采用探究式教学，激发学员的探究兴趣 和探究能力，使学生更深刻地理解示波器的工作原理和使用方法，提高了示波器实验教学的效果。 【关键词】示波器；教学设计；探究式教学；教学效果 【中图分类号】Ｇ６４２ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５－５０６５（２０１３）１０．００１４—０４ ０ 引言 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪 器，其显示电信号波形的示波管和雷达指示管、 电子显微镜、质谱仪等，都有电子束线管。所 以，掌握示波器的原理与使用方法，有利于理解 上述各种装置、设备的工作原理和使用方法，达 到触类旁通的效果。因此， “示波器原理与使 用”是众多理Ｔ科大学开设的一项基础实验 。 我们以该实验为基础，展开了一学期的探究式教 学过程，通过引入探究实验来培养学员的探究兴 趣和探究能力，使学员通过自主探究深刻理解示 学员在运用知识探索的过程中有所创新地解决问 题，要充分挖掘教材中理论知识与实验的结合点， 强化学员创新思维的发展，逐步形成创新能力口】。 目前，国内外普遍倡导探究学习方式。探 究学习是“做中学”，以类似科学探究的方式而 开展的学习活动 ；大学物理实验作为一门以提 高和培养学员的科学素养、实践能力和创新精神 为目的的综合基础性应用课程，通过教学设计把 传统的大学物理实验变成探究活动，有利于培育 学员进行科学探究的能力和理解力＿５］。探究学习 过程包括提出问题、设计研究方案、收集数据、 构造问题的答案、交流探究过程和探究结果五个 基本阶段，这与大学物理实验课程的教学过程基 波器的丁作原理，掌握示波器的使用方法。引导 收稿日期：２０１３－７—９ 本吻合。所以，大学物理实验课程采用探究式教 学，具有先天的优势。大学物理实验课程尝试 作者简介：胡澄（１９６５一），男，江苏南京人，副教授，研 究方向为物理实验教学； 林上金（１９６２一），男，福建武平人，副教授，研究方向为 探究式教学是契合“精英教育”要求的ｌ６】。美国 《国家科学教育标准》中的探究有三层含义：作 为学习内容的探究。它要求学员把科学当做人类 认识世界的一种方式；作为学习方式的探究，它 物理实验教学与流动测量； 白忠（１９７０一），男，甘肃兰州人，副教授，研究方向为物 理实验教学与低温超导； 翟孝月（１９８３一），女，河南郑州人，讲师，研究方向为物 理实验教学。 。 要求学员以类似科学探究的方式来学习科学；作 为教学指导思想的探究，它要求教员以探究的态 度对待教学［４］。美国《国家科学教育标准》中的 基金项目：理工大学教育教学课题（项目编号： ＧＪ１３０７０３３） 探究式教学包含５个方面的基本特征 ： ①学员围绕科学性问题展开探究活动； ②学员获取可以帮助他们解释和评价科学性 问题的证据； ③学员要根据事实证据形成解释，对科学性 问题做 回答； ④学员通过比较其他可能的解释，特别是那 些体现 科学性理解的解释，来评价他们自己的 解释； ⑤学员要交流和论证他们所提出的解释。 因此，探究式教学和教学资源要尽可能包含 上述５个基本特征。对每一类活动中学员自主探究 的程度进行了划分，教员在活动中起组织作用的 程度和学员自主设计进行探究的程度可以各有不 同。只要学员学习的过程围绕科学性的并能激发 学员思维的问题展开，学员的学习就可以组织成 具有高度探究性的活动。 大学物理实验课程教学具有的综合性、实践 性、科学性、创造性的特点，特别适合开展探究 式教学；以实验项目为理论知识载体，通过“做 中学”构建知识，使学员把大学物理理论的概 念、公式、定理具象化，从而内化为学员分析和 解决问题的智慧。 １ 示波器实验的探究式教学 我们从探究式教学的基本特征出发，对实验 课堂活动进行教学设计，使教学过程包括提出问 题、设计研究方案、采集和分析数据、得到问题 的答案、交流探究过程和探究结果等五个基本阶 段。在探究的各个阶段上，教员的工作是对学员 进行指导。确定实验问题后由学员制定研究计划 并组织实验，利用有关工具和技术收集证据，进 行实验测量和结果分析，得出解释，并考虑其他 町能的解释。教员在提出问题的过程中，需要引 入与课题相关的主要概念，进行方问题的辅 导，有关技术使用的建议等。学员也可通过各种 途径搜索参考资料。在实验的各个阶段，教员的 工作都是起指导作用的，并通过不断地提问题创 ２０１３年１０，ＥＪ刊 造机会激发学员思考，推动探究活动。 “示波器原理与使用”实验的最初实验目 的：了解示波器的基本结构；理解波形显示原 理、李萨如图形显示原理；学会用示波器观察电 压波形的基本方法；掌握用示波器测量信号的频 率和电压；熟悉函数信号发生器的使用。在教学 实践中，学员都能按照实验步骤较快地完成实 验。但实验的过程按部就班，缺少探究兴趣，学 员对实验原理的理解并不深刻，因而也未掌握示 波器的使用方法，把示波器应用到其他实际问题 中时，往往不会使用。因此，我们对教材内容进 行了重新梳理，把实验目的调整为：探究函数信 号发生器的输出信号与示波器显示波形的对应关 系，理解示波器的Ｔ作原理和示波器面板上各个 操作键的作用。带电粒子在匀强电场中加速运动 以及在偏转电场中的偏转运动的规律，是理解示 波器的工作原理的关键，电子束的聚焦和偏转是 通过电场对电子的作用来实现的，示波管的Ｔ作 原理就是带电粒子存电场中运动的规律。因此， 我们把这项实验设计成以“力一作用效果”为线 索，探索电子束在不同电场力作用下的偏转效 果，进而弄清示波器的＿［作原理。在此基础上， 测量信号的频率和电压，并用不确定度表达正弦 信号的有效值，从而认识提高示波器测量精度的 途径。 在教学实施过程中，先通过多媒体课件说 明示波管的结构，在示波管的加速极板和偏转极 板分别加上控制电压，分析带电粒子在荧光屏上 的位置及位置变化情况。再展示示波器，它是较 为复杂的一种教学仪器，大部分学员在中学都没 有接触过，所以学员被面板上复杂的调节旋钮吸 引住了。教员打开示波器电源，让学员注意观察 示波器荧光屏的变化，然后分别调节示波器的亮 度、聚焦旋钮， ＬＪ向、ｙ方向光点位置调节旋 钮，让学员体会观察荧光屏上光点的变化情况， 然后让光点在水平方向上扫描，提出问题，光点 为什么会在水平方向上自左向右匀速扫描？让学 员猜想扫描电压可能是怎样的，然后再在竖直方 向加上电压，出现扫描线的变化，让学员猜想竖 直方向加的可能是什么样的电压，让学员分成两 Ｍ （ ０ ¨｜％ 教专ｉＣ磐≮ ０ ’ｌ ｓｅ（：ｔ ＃１“』 冀∽¨： 藕鞴翮飘—霸黑强礴暖蕊鞠弱嘲麓穗隔糯 。 。． Ｌ￣，ｔ＇ｔ２０１３年１ｏ，９刊 人一组讨论，并自己动手设计实验方案，验证自 己的判断是否符合实际情况。 再提出深入探究的建议：如何在示波器的视 屏上呈现以下几种图案？电子束受到怎样的电场 力控制？示波器的各个功能键要怎样配合使用？ ・正弦图像周期性对称。 ・方波图像周期性对称。 ・三角波图像周期性对称。 ・李萨如图像。 完成各种现象探究以后，再进行定量测量。 实验报告重点反映示波器工作原理和使用方法的 探究总结。 ２教学效果分析 “示波器原理与使用”实验是一项基础性实 验，因此采用“导学一探究式”，即由教员提出 课题一设置探究情境一引导学员探索进行检 验、补充与修改，最后解决问题并进行总结；这 种由“呈现问题、提出问题，然后猜想、假设， 找理论依据，进行分析论证，最后得出结论，再 通过实验来验证理论与实践的统一性”的模式， 使学员体会科学探究的精神和理念，培养学员科 学探究能力和创造性思维能力，符合人类的认知 规律和实验教学规律。 以往的课堂教学偏重于知识的传授，上课 气氛较为严肃，学员的思维紧跟教员走，使学员 将主要精力放在知识点的学习中，对技能、物理 过程和方法则关注的较少或落实不够，强调接受 式学习，忽视科学探究方法的培养，强调统一 性，忽视学员的个体差异，难以适应学员发展的 多样性需求。 “导学一探究式”教学采用先提出 问题，然后让学员像科学工作者进行科学研究一 样，通过自主的探究活动，学习物理概念和规 律，培养学员的科学探究能力、科学态度和科学 精神，课堂上学员之间互相讨论交流自己的观点 和看法，甚至进行激烈的争辩，教员主要起引导 和组织作用。整个课堂气氛活跃，大家思维积 极，学员更深刻理解带电粒子在电场中的运动规 律，充分调动学员的学习兴趣和积极性。探究学 习旨在将学习重心从过分强调知识的继承和积累 向知识的探究和发现转化，从学员被动接受知识 向主动获取知识转化。 很多学员在完成了教员布置的实验任务后， 还创造性地在示波器的信号输人端，输人实验台 上能提供各种电信号，并且提出了很多疑问。例 如，电源输出的直流电波形怎么像一个个连在一 起的山坡（交流电整流后滤波不好），而稳压电 源输出的直流电波形却很平坦（交流电整流后， 经滤波和稳压电路处理）？有的学员还提出如何 把２２ＯＶ交流电输入示波器来显示电压波形，通 过波形测定信号电压和周期；有的还尝试把待测 信号从不同通道输入来显示波形，所有学员均积 极主动操作实验。而以往教学年级的学员，基本 上一次课时间仅完成教员布置的实验任务，操作 过程较规范，基本按实验教材的操作步骤完成实 验，只有少数组学员在完成实验任务后，把工作 台上的低压安全电压输入到示波器中观察波形， 但未提出自己的疑问。 学员的实验报告也出现了可喜的变化。实验报 告所呈现的不再是千篇一律的数据表格和数据处理 过程及其结果，而是变得丰富多彩。实验报告不仅 有实验的结论和对实验结果的讨论、分析或评估， 而且充分反映了学员的工作收获和探究过程总结， 反映自己的能力水平，体现了自己的特色。 有的学员在实验报告中写道：示波器对于我 们是陌生的，开始时不知如何去操作，……，需 要不断尝试，不要怕犯错，在经过多次失败后， 我才懂得如何使用示波器。有的学员则这样写 道：本实验中最大的挑战就是根据现象了解其本 质，如随意显示一种波形，通过输人端口的参数 来理解其产生这种结果的原因，这很有趣，也很 受锻炼。在自然科学中发现现象和思考现象是很 重要的，正是因为人类这种观察力与探索性才使 科学不断进步。也有学员这样写道：实验过程遇 到不少麻烦，自己费尽心思就是解决不了，这时 就要团结协作，听取他人的见解，从而提高实验 效率和正确性。还有学员这样写道：在实验过程 （下接第７５页） Ｍ ｝一， ㈤｛敞（： ㈣ ｅ臻 蚶 ｆ｛霸蹦鼎鞠黼鼎酾麟黼黼龋霸礴 ２０１ ３年１ ０月刊……一… 通过近３年的实践，我们发现大部分中职生有 等职业教育的协调发展，解决中高职发展的断层 极强的动手能力，他们思维活跃，勇于创新，积 问题。“中高职衔接”的确是一个深度的系统化 极参与社团活动；但对英语、Ｃ语言、数据结构 “工程”，需要、学校、学生、社会、企业 等基础理论课程学习兴趣不大，对图像处理、网 等举全力不断地探索、研究、实践，进而不断地 络组建与维护等部分略知一些理论知识的课程自 完善。 主学习的能力也不强，长期形成的一些学习及生 活习惯影响了预期效果的实现。 【参考文献】 ［１］ 中华人民共和国．国家中长期教育改革和发 展规划纲要（２０１０－－２０２０年）［Ｒ］． ２ 结语 ［２］ 刘育锋，陈鸿．中高职课程衔接：我国职业教育政 策的历史诉求——上世纪八十年代以来我国重大教 ３年来我们对湖北省２７所中职学校进行了调 育和职业教育文件制度分析［Ｊ】．职教论坛， 研，结果显示不仅急需解决专业标准和课程体系 ２０１１（１）． 的衔接问题，更应该注重素质养成体系的对接， ［３］ 董绿英．国外主要发达国家与我国中、高职衔接模 同时中职学校教师综合素质的有效提高也是不容 式比较［Ｊ］．柳州职业技术学院学报，２００４（９）． 忽视的重要问题。教育部副鲁昕曾强调：建 ［４］ 顾臻臻，汪幼辛，何向彤．中高职一体化中教学过程 设现代职业教育体系的切人点，就在于中等和高 的有效衔接研究［Ｊ】．职业技术教育，２０１２（３２）． （上接第５７页） 中感受最深的就是教员让我们放开去实验，自己 【参考文献】 摸索，自己寻找问题并及时提出点拨，充分引导 ［１］ 白忠，李延标，林上金．大学物理实验［Ｍ］．北京： 了我们思考，感觉很好。 高等教育出版社，２０１２，１０８．１１９． 从以上学员朴素的语言中我们可以感受到， ［２］ 陈守川，杜金潮，沈剑峰．新编大学物理实验教程 学员是欢迎这种探究式教学模式的，而且也初步 ［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，２００８，１２６．１３３． 达到了探究学习的效果。 ［３］ 冯清．问题引导下的探究式实验教学模式研究［Ｊ］． 实验技术与管理，２０１２（５）． ［４］ 徐学福．美国《国家科学教育标准》中的探究【Ｊ】． ３ 结语 外国教育研究，２００３，３０（３）． ［５］ 徐旭玲，李科敏，王海婴．传统大学物理实验的探 对大学物理实验课堂教学重新进行设计，可 究式教学［Ｊ］．物理实验，２００６，２６（１）． 以组织成高度的探究式的课堂教学活动，实现培 ［６］ 林上金，刘立龙，胡澄，白忠．大学物理实验的 养学员进行科学探究的能力和对科学探究的理解 探究式教学浅议［Ｊ］．理工大学学报（综合 力的目的；在实验的课堂教学中引导学员进行探 版），２０１２，１３（６）． 究，以培养与提高学员的科学研究能力，是一条 ［７］ ［美】国家研究理事会．美国国家科学教育标准［ｓ】， 很好的途径，有利于学员科学思维方式的形成和 北京：科学技术文献出版社，１９９９，２３． 可持续发展。
