魏 平
济南大学 物理科学与技术学院 山东济南 250022
摘 要 探究式大学物理实验教学是培养学生自主创新和科学探究能力的重要途径。以《数字示波器的使用》实验为例，详细介绍了探究式教学模式在大学物理实验教学的课前、课中、课后等各个环节中的所采取的具体措施。
关键词 探究式教学 数字示波器 大学物理实验
1、引言
大学物理实验是理工科专业学生进行科学实验基本训练的必修课程，是接受系统实验方法和实验技能训练的开端。该课程对巩固、扩大和加深大学生理解物理基本理论，培养大学生动手实践、分析问题和解决问题的能力，引导学生开展自主创新和科学探究，培养大学生科学实验能力、提高科学素质及各方面综合能力方面具有其他课程不可替代的作用 [1] 。针对这样一门实践课程，如何在教学中充分渗透“以教师为主导，学生为主体”的教学理念，更好的完成本课程的教学任务，是值得教师们不断思考的课题。经过多年的探索与实践，我们认为探究式教学模式比较适合本课程的特点。
探究式实验教学是以学生的主体活动为中心，以问题为载体，以实验为基本手段，把科学领域的探究引入课堂[2]，以类似科学探究的方式而开展的学习活动。通过大学物理实验课程的学习，培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，培养科学素养，提高学生的发现问题、分析问题、解决问题的能力和创新能力。
2、《数字示波器的使用》实验的探究式教学
“大学物理实验”课程的探究式教学模式渗透到课前准备、课堂教学、课后拓展各个环节。本文以《数字示波器的使用》实验为例详细介绍探究式教学模式在大学物理实验课程的各个教学环节中采取的措施。首先，笔者通过教学实践，将《示波器的使用实验》和大学物理理论课中简谐振动合成知识点进行整合，设计出本实验的探究式教学方案，引入探究性实验内容，采用探究式教学，激发学生的探究兴趣和探究能力，使学生更深刻的理解示波器的工作原理和使用方法，弥补了传统实验教学中对培养学生在实验过程中创新思维能力、科学探究意识等方面的不足[3]，提高了大学物理实验的教学效果。自从2014年本校大学物理实验室进行教学模式的改革，采用“实验超市”的教学模式，学生每做一次大学物理实验都是知识探究的过程。
2．1课前预习环节的自主探究
对于课前的预习环节，主要进行了以下两个方面的改革：一方面，为提高实验预习质量和配合“实验超市”的教学模式，笔者将《数字示波器的使用》实验的实验原理、仪器介绍、测量方法介绍、注意事项等录制了7个视频。每个视频围绕一个知识点进行录制，时间在3分钟左右。这样学生在观看时目标明确、学习效率高。微视频通过智慧树平台发布，为督促和检查学生预习情况在每个视频内都有1-2个弹题，学生只有在回答正确后才能继续观看视频。指导教师可以随时通过学习平台了解每个学生的学习情况，对于学习进度慢的同学可以单独发消息督促；学生在预习过程中如果遇到问题可以通过学习平台反馈、提问，指导教师可以及时给予指导和解答。
另一方面，对预习报告模板进行了改编，每个实验项目都设置了预习思考题，思考题一般分为两类，第一类问题是关于实验原理、实验方法等的基本问题，学生通过阅读实验指导书、查阅相关资料和微视频即可解答。
本实验设置了以下几个问题： 1、数字示波器与模拟示波器的区别是什么？2、衡量数字示波器的参数分别有哪些？3、如果需要测量200Hz的信号，示波器的带宽需要多少Hz？4、相比较模拟示波器数字示波器由哪些优点？5、数字示波器可对信号的哪几个物理量进行测量？6、数字示波器的测量方法有哪三种？7、李萨如图的合成原理是什么？有什么特点？第二类问题是关于仪器和操作步骤的问题，本实验项目有以下三个问题：1、如何从示波器显示屏上判断电压信号的峰-峰值多少？垂直刻度系数和水平刻度系数是多少？ 2、示波器的垂直轴控件通常用于控制哪项参数？3、示波器的水平轴控件通常用于控制哪项参数？
2.2课中环节探究式教学模式的实施
探究式实验教学的理念是“以学生为中心，以问题为载体，以实验为基本手段”，因此，我们把实验目的调整为：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及信号发生器上显示的信号参数与示波器测量结果的对应关系；了解数字示波器的工作原理，掌握示波器面板上各个旋钮及按钮的功能；探究李萨如图的合成原理、特点及实际应用。实验内容在原来基础上加上自主探究内容，利用数字示波器探究简谐振动的叠加。具体要求如下，用数字示波器合成出（1）同方向、同频率简谐振动的合成图像，探究合振幅跟两分振动相位差的关系；（2）同方向、不同频率简谐振动合成图像，进而探究拍现象的合成条件，验证拍频公式；（3）同频率、相互垂直的振动合成图像，探究合振动的波形图像与相位差的关系。 实验教学过程中鼓励学生完成常规实验内容后，尝试利用数字示波器的数学相加功能和垂直显示功能，自主完成探究实验内容。探究实验内容的加入不仅仅可以让学生更加深刻理解示波器显示波形的原理、了解示波器各旋钮的功能和示波器的使用方法，还将大学物理理论课中的振动合成部分的知识点进行了加深和巩固。实践证明，采用探究式教学模式开展教学能够充分发挥学生的主动性，学生在主动探究过程中既学到了知识，又进行了思维训练，达到了事半功倍的效果。
2.3 课后环节的探究教学
探究式实验教学模式，不应该仅仅局限于完成实验内容，得到一份漂亮的实验报告，还应该联系实际应用进行知识的拓展。在《数字示波器的使用》实验中，做如下的内容拓展：
（1）引导学生探究如何用示波器来比较两个信号的相位关系，为声速测定实验中相位比较法测声波的波长奠定基础；
（2）引导学生探究示波器在工程实践中的应用，例如在汽车故障诊断中的应用，在手机测试、维修中的应用等。
课后拓展内容，不仅拓宽了学生所学知识的广度和深度，提高了学习兴趣，还培养了学生的自主学习能力和探索意识[4]
3、结论
探究式的大学物理实验教学模式的理念是“教师为主导，学生为主体，问题为载体，实验为基本手段”。在实验教学活动的各个环节均突出了学生的主体地位，不仅有助于训练学生的基础实验技能，提升学生发现问题、分析问题、解决问题及归纳总结的能力，而且有利于学生掌握科学探究的基本方法，提升学生实验兴趣和学习成就感，调动其做实验的积极性和主动性，强化大学生的创新思维和科学探究思维。实践证明，探究式的大学物理实验教学模式能够更好的完成本课程的教学任务，满足创新型人才培养的需要。
参考文献
[1] 张艳亮. 大学物理实验实施探究式教学的探索[J]. 大学物理实验，2009，22(3):104-107．
[2] 何光宏,韩忠. 大学物理实验探究式教学的思考[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(7): 292-294.
[3] 胡澄,林上金,白忠等. 提高示波器实验教学效果的探索[J]. 专业与课程建设, 2013, 10: 55-58.
[4] 周娴,潘华锦,张丽等. 大学物理实验课程探究式教学模式研究[J]. 实验室科学, 2017, 20（2）: 135-138.