探究性學(xué)習(xí)在聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)課中的運(yùn)用

竺江峰

（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

探究性學(xué)習(xí)在聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)課中的運(yùn)用

竺江峰

（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

為了進(jìn)一步提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的質(zhì)量，根據(jù)探究性學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，構(gòu)建聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，采用創(chuàng)建探究方向、拓展探究方向和加大探究自由度及激勵(lì)機(jī)制，從而提高了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的自主性、實(shí)踐性、開放性和激勵(lì)性。

探究性學(xué)習(xí)；聲速測(cè)量；培養(yǎng)創(chuàng)設(shè)能力

美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)探究的定義是:“探究是多層面的活動(dòng)，包括觀察；提出問題；通過(guò)瀏覽書籍和其他信息資源發(fā)現(xiàn)什么是已經(jīng)知道的結(jié)論，制定調(diào)查研究計(jì)劃；根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)已有的結(jié)論作出評(píng)價(jià)；用工具收集、分析、解釋數(shù)據(jù)；提出解答，解釋和預(yù)測(cè)；以及交流結(jié)果。探究要求確定假設(shè)，進(jìn)行批判的和邏輯的思考，并且考慮其他可以替代的解釋?！保?］探究性學(xué)習(xí)是一種積極的學(xué)習(xí)過(guò)程，是指在教學(xué)過(guò)程中以問題為載體，創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究性的情境或途徑，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己收集、分析、處理信息，感受和體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，進(jìn)而了解社會(huì)，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)設(shè)能力，其核心是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式［2］。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)，就是以探究為主的學(xué)習(xí)教學(xué)。筆者以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中的聲速測(cè)量教學(xué)為例構(gòu)建探究性課堂教學(xué)［3］。

課堂設(shè)計(jì):

1　設(shè)立課前預(yù)習(xí)提綱

在每一堂大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課前，讓學(xué)生自主進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)教學(xué)中心網(wǎng)站，了解每堂實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)、要求、實(shí)驗(yàn)原理、步驟及拓展性實(shí)驗(yàn)并根據(jù)預(yù)習(xí)提綱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。

聲速測(cè)量預(yù)習(xí)提綱:

（1）實(shí)驗(yàn)任務(wù):

①用共振法測(cè)空氣中的聲速（利用接收端的接收增益放大接收信號(hào)）；（必做）

②用相位法、時(shí)差法測(cè)空氣中的聲速；（選做）

（2）實(shí)驗(yàn)原理:

①壓電陶瓷換能器如何進(jìn)行工作的？

②駐波如何形成？

③三種測(cè)量方法的主要實(shí)驗(yàn)原理如何？

④Δxi是半個(gè)波長(zhǎng)還是一個(gè)波長(zhǎng)？

（3）操作規(guī)范:

①利用接收端的接收增益放大接收信號(hào)及在諧振情況下的測(cè)量探究。

②如何進(jìn)行諧振頻率調(diào)節(jié)？

③如何理解示波器上的的直線、橢圓圖形？

④如何避免回程差？

⑤如何正確使用示波器？

（4）數(shù)據(jù)處理:

①逐差法是采用逐項(xiàng)逐差還是隔項(xiàng)逐差；

②如何設(shè)計(jì)表格及必要數(shù)據(jù)的具體計(jì)算過(guò)程；

③為什么時(shí)差法中延遲時(shí)間ti-ti-1必需是三位有效數(shù)？

（5）結(jié)果討論和誤差分析:（本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)）。

①二種或三種測(cè)量方法的優(yōu)劣比較，定量分析引起誤差的原因；

②百分差一般控制在5%以內(nèi)。

2　課堂教學(xué)過(guò)程

（1）講解實(shí)驗(yàn)原理、儀器結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)任務(wù)［4］（只講解用共振法測(cè)聲速）；

（2）創(chuàng)建探究方向的實(shí)驗(yàn)情境，利用SV-DH-7A型聲速測(cè)定儀專用信號(hào)源調(diào)節(jié)旋鈕中的接收增益［4］，如圖1所示。利用接收信號(hào)放大功能，要求學(xué)生測(cè)量專用信號(hào)源頻率在30 000 Hz、50 000 Hz左右的聲速，實(shí)物連接如圖2所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如下表1、2所示。

圖1　調(diào)節(jié)施鈕示意圖

圖2　實(shí)物連接圖

表1　溫度：t=25.9±0.5℃ 頻率：f=30 006±1 Hz

表2　溫度：t=25.9±0.5℃ 頻率：f=46782±1 Hz

（3）拓展探究方向的實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣［5］，在完成以上實(shí)驗(yàn)后引導(dǎo)學(xué)生如何用其他的實(shí)驗(yàn)情境來(lái)測(cè)量聲速。指出調(diào)節(jié)專用信號(hào)源調(diào)節(jié)旋鈕中的接收增益目的，讓學(xué)生集體思考、歸納，最后得出結(jié)論:使接收波放大并得到清晰穩(wěn)定的波形。從而讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)最本質(zhì)的要求而自然找到用共振的原理而采用調(diào)節(jié)諧振頻率。實(shí)物連接如圖3所示。

圖3　實(shí)物連接圖

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如下表3所示。從表1至表3中發(fā)現(xiàn)通過(guò)創(chuàng)設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)情境，其結(jié)果表明都在實(shí)驗(yàn)測(cè)量容許的誤差范圍內(nèi)（百分差在5%內(nèi)）。學(xué)生通過(guò)對(duì)共振法測(cè)量聲速在不同情境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)為進(jìn)一步加深了對(duì)該實(shí)驗(yàn)原理的理解和深入掌握了實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究興趣。

表3　溫度：t=25.9±0.5℃ 諧振頻率：f=38466±1 Hz

（4）加大探究自由度和激勵(lì)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生成就感，在完成必做的實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，學(xué)生可以積極參與選做的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，要求學(xué)生為主體，自己獨(dú)立完成選做的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)教師積極巡視并做必要的引導(dǎo)和指導(dǎo)，學(xué)生可以根據(jù)課堂時(shí)間選做用相位法或時(shí)差法測(cè)空氣中的聲速。選做的實(shí)驗(yàn)任務(wù)作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的加分內(nèi)容，未完成選做實(shí)驗(yàn)任務(wù)的不扣分。

3　教改成果

（1）提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的自主性，探究性學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中把學(xué)生作為活動(dòng)的主體，最大限度地讓學(xué)生經(jīng)過(guò)積極的探索和發(fā)現(xiàn)、親身的體驗(yàn)與實(shí)踐，以自己的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)并用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師在這個(gè)過(guò)程中只是一個(gè)組織者、指導(dǎo)者和參與者。這樣有利于學(xué)生主體意識(shí)和主體能力的形成和發(fā)展，塑造了學(xué)生獨(dú)立的人格品質(zhì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主性。

（2）加大了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的實(shí)踐性，在有限的三節(jié)實(shí)驗(yàn)課時(shí)間里，最大限度地讓學(xué)生借助于一定的手段，運(yùn)用多種感官，通過(guò)自己的主體活動(dòng)和積極思考加強(qiáng)了認(rèn)知并得到了動(dòng)手能力的培養(yǎng)，進(jìn)而用學(xué)習(xí)主體的實(shí)踐活動(dòng)促進(jìn)學(xué)習(xí)者的積極發(fā)展。

（3）加大了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的開放性，探究性學(xué)習(xí)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在統(tǒng)一規(guī)定下的教學(xué)模式，為學(xué)生提供了自由選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、大膽探索、實(shí)現(xiàn)自我超越的學(xué)習(xí)環(huán)境。培養(yǎng)了學(xué)生像科學(xué)家那樣，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，經(jīng)歷一個(gè)完整的科學(xué)研究過(guò)程，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)知識(shí)、再創(chuàng)知識(shí)的創(chuàng)新過(guò)程并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)象抓住本質(zhì)，提出問題，探討解決問題的方案，對(duì)不同的結(jié)果進(jìn)行分析，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力。

（4）加大了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的激勵(lì)性，通過(guò)探究性學(xué)習(xí)在聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)課中的運(yùn)用，加大了實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的和諧統(tǒng)一，積極引導(dǎo)了學(xué)生在自我獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到了心理上的成就感滿足，并為選做實(shí)驗(yàn)而得到實(shí)驗(yàn)報(bào)告加分起到了積極的正面、向上的引導(dǎo)作用，為合理安排實(shí)驗(yàn)課的統(tǒng)一下課奠定了基礎(chǔ)。

［1］ NationalResearchCouncil.TheNationalScienceEducationStandards.WashingtonDC: NationalAcademyPress.1996:23.

［2］ 江影，邱淑霞，龐寧.綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)與指導(dǎo)方法的探究［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，25 （6）:116-118.

［3］ 楊輝，王丹，路大勇.綜合性大學(xué)普物實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)初探［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，25（5）:109-110.

［5］ 竺江峰.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程［M］.2版，北京:中國(guó)水利水電出版社，2014.

［5］ 周幗紅，李端勇.從素質(zhì)教育看大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化改革［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，25（1）: 98-100.

The Application of Inquiry Study in the Experiment of Ultrasonic Velocity Measurement

ZHU Jiang-feng
（Zhejiang Ocean University，Zhejiang Zhoushan 316000）

The experimental teaching process of ultrasonic velocity measurement is constructed according to the feature of inquiry study in order to improving the classroom teaching quality of College Physics Experiment.The autonomy，practicality，openness and the incentive system of College Physics Experiment are improved through creating the inquiry direction，expanding the research direction，increasing the degree of freedom and incentive mechanism.

inquiry study；ultrasonic velocity measurement；the cultivation of creation ability

G642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.02.035

1007-2934（2015）02-0121-04

2014-11-21

浙江海洋學(xué)院第一批校級(jí)課堂教學(xué)改革項(xiàng)目