線上線下混合式教學(xué)的示波器實(shí)驗(yàn)設(shè)計

廣東海洋大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 費(fèi)賢翔

文章首先介紹了示波器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，為了改善教學(xué)效果，設(shè)計了一套教學(xué)流程，從線上與線下兩個方面來教學(xué)，線上視頻是示波器按鍵功能演示與信號概念的引入，使用超星平臺作為視頻的載體，適合學(xué)生反復(fù)觀看。而現(xiàn)場講解著重于信號的接通與信號的測量，適合學(xué)生理解整個實(shí)驗(yàn)過程。

示波器實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之一，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中也有多個實(shí)驗(yàn)需要用到示波器，比如磁滯回線實(shí)驗(yàn)、聲速測量實(shí)驗(yàn)等等，同時示波器的使用也是電學(xué)方面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，所以熟練的使用示波器，是一項(xiàng)必備的基本功。隨著時代的發(fā)展，數(shù)字示波器已經(jīng)普及，相比于模擬示波器，數(shù)字示波器不僅功能強(qiáng)大，而且也容易操作。基于此原因，很多學(xué)校開始利用數(shù)字示波器來進(jìn)行教學(xué)，廣東海洋大學(xué)已經(jīng)采用數(shù)字示波器教學(xué)多年，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。本文以數(shù)字示波器為例，介紹示波器的教學(xué)設(shè)計，也可應(yīng)用于模擬示波器的教學(xué)。

1 示波器教學(xué)中存在的問題

示波器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在以下問題，第一，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后，對示波器的操作生疏，不知道一些關(guān)鍵按鍵的作用。比如信號電壓幅度是通過信號發(fā)生器來調(diào)節(jié)，但有部分同學(xué)通過調(diào)節(jié)Scale按鍵，來改變信號的大小。第二，不會測量信號的電壓和周期。第三，學(xué)生只是被動的完成實(shí)驗(yàn)，只是為了得到數(shù)據(jù)，而并不理解其中的原理。比如在做李薩如圖形時，不知道李薩如圖形與x軸切點(diǎn)與y軸切點(diǎn)的。第四，教師在講解中沒有重點(diǎn)，總想將示波器的原理、功能講解清楚，其實(shí)，示波器重在使用，一部分不常用的功能不需要介紹，比如FFT運(yùn)算。重點(diǎn)在于信號的測量，給定一個信號，測出信號的頻率、周期、幅度。第五，教師的講解只有一次，學(xué)生吸收的內(nèi)容有限。

2 示波器實(shí)驗(yàn)的設(shè)計

針對上述情況，我們對示波器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程進(jìn)行了設(shè)計，如圖1所示，可以將講解分為線上講解與現(xiàn)場講解兩種，現(xiàn)場講解，注重如何接通信號，信號的調(diào)節(jié)，信號怎么測量，現(xiàn)場講解可以把電信號的測量過程完整的展示給學(xué)生，讓學(xué)生有一個整體認(rèn)識。不僅僅包括示波器的使用，而且還包括信號發(fā)生器的使用。另一種是線上視頻講解，注重按鍵功能的講解，不強(qiáng)調(diào)信號的調(diào)節(jié)與測量。先介紹各個主要的區(qū)，比如垂直控制區(qū)和水平控制區(qū)，再介紹具體的按鍵功能，比如垂直控制區(qū)的scale按鍵是改變豎直方向上每個方格的單位，并且單位顯示在屏幕下方，可以通過數(shù)方格來測量電壓的大小。這樣做的目的是讓學(xué)生可以反復(fù)觀看，熟悉各按鍵的作用。線上視頻的作用是讓學(xué)生自學(xué)，或者說通過視頻的方式，降低學(xué)習(xí)的難度，增加學(xué)習(xí)的方便性和趣味性。

圖1 示波器實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計

2.1 線上視頻講解

可以錄制兩段視頻放在線上平臺，第一段視頻是講解示波器的主要按鍵功能，便于學(xué)生重復(fù)觀看。第二段視頻是引入信號的概念，并對信號進(jìn)行介紹，包括各種光信號，聲信號等等，絕大部分情況下信號都是轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺噪娦盘柕娘@示尤為重要，而電信號的顯示其中一部分是通過示波器來顯示的。比如我們在教學(xué)中就引入引力波信號的探測與研究。在拓展教育的同時，加強(qiáng)學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)重要性的認(rèn)識。這一部分內(nèi)容可以自由設(shè)計，視頻的時間不易過長，有助于學(xué)生觀看完整視頻和反復(fù)學(xué)習(xí)。線上視頻要有線上平臺支持，我們在實(shí)踐中選擇超星學(xué)生通平臺，該平臺的優(yōu)點(diǎn)是每個教師的每門課程都有自己平臺，且集中了各種教學(xué)手段，有助于教學(xué)的多樣性，學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多樣化。

2.2 現(xiàn)場講解流程設(shè)計

現(xiàn)場講解的流程圖，如圖2所示。

圖2 示波器實(shí)驗(yàn)線下講解設(shè)計

2.2.1 引子

引入信號概念，比如我們用的市電是直流電還是交流電？怎樣檢測市電是交流電呢？如果是交流電，那么是什么波形，是方波還是三角波還是正弦波，怎么證明呢？當(dāng)然可以用其他方式來引入信號的概念。這里只是舉例。

2.2.2 從示波器的應(yīng)用說起

首先要讓學(xué)生明白是用來看電信號的波形的，是用來測量電信號的儀器，示波器的原理反而是其次的，關(guān)鍵是要會使用示波器來測量電信號。

2.2.3 介紹電信號的兩個輸入端

示波器從信號發(fā)生器的輸出端接入信號，介紹信號發(fā)生器的使用，要是頻率、周期、幅度、相位的調(diào)整。示波器實(shí)驗(yàn)中不僅用到示波器，還用到了信號發(fā)生器，要求學(xué)生能夠掌握兩種儀器的使用方法。

2.2.4 接入信號后怎么顯示

第一要確保有信號，第二要打開該通道的開關(guān)，如果沒有信號，最簡單的方法是按下AUTO鍵，示波器自動將信號顯示出來。

2.2.5 圖表的觀察與測量

觀察波形，并測量波形的頻率、周期、和峰峰值。在測量過程中，學(xué)生對兩個問題會感到疑惑，第一個是，圖形大小的改變，在調(diào)節(jié)單位的時候，圖形的大小會發(fā)生改變，這時學(xué)生認(rèn)為是電信號發(fā)生了變化產(chǎn)生的，在這里就需要給學(xué)生們介紹電壓單位和時間單位的問題。讓學(xué)生知道示波器上y軸代表的是電壓，x軸代表的時間，每格的單位可以調(diào)節(jié)，通過旋鈕調(diào)節(jié)，最后重點(diǎn)介紹measure鍵和cursor鍵，測量信號的電壓與周期。

2.2.6 介紹觸發(fā)源與X、Y信號合成功能

2.2.7 李薩如圖形

著重介紹x軸信號與y軸信號疊加的概念，可以在線上平臺錄制一段關(guān)于信號疊加的視頻，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。同時說明圖形與x軸、y軸切點(diǎn)與x軸、y軸頻率的關(guān)系。

數(shù)字示波器的操作相對于模擬示波器來說是簡單一點(diǎn)，但功能會更加的強(qiáng)大。本文總結(jié)多年示波器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計了示波器的教學(xué)流程，通過線上視頻與現(xiàn)場講解的結(jié)合，使學(xué)生能在有限的時間內(nèi)更好的掌握示波器的操作。