微波實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思考

微波實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思考

微波序列實(shí)驗(yàn)是“現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)”的重要組成部分。如何通過(guò)微波系列實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)思想、掌握實(shí)驗(yàn)方法和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能,是需要在教學(xué)實(shí)踐中考慮的問(wèn)題。本文充分利用現(xiàn)代化手段從課前預(yù)習(xí)、背景介紹、課堂講解、內(nèi)容設(shè)置等方面進(jìn)行改進(jìn)。在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié),從兩方面入手,一方面是改進(jìn)傳統(tǒng)教材,增加掃碼觀看實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)容;另一方面登陸學(xué)校的教學(xué)平臺(tái),學(xué)生可以進(jìn)行仿真操作,進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)的操作流程。通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)系統(tǒng),學(xué)生提前了解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程,并模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的全過(guò)程。對(duì)操作過(guò)程反復(fù)練習(xí),直到熟練為止1加強(qiáng)溝通連接，激發(fā)學(xué)生興趣微波光學(xué)實(shí)驗(yàn)教師講習(xí)為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展需求,在新版教材中增加了實(shí)驗(yàn)演示二維碼。學(xué)生在使用教材的同時(shí),不僅可以通過(guò)文字了解實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容,還可以通過(guò)掃描二維碼,用手機(jī)來(lái)觀看該實(shí)驗(yàn)的教師講解視頻。微波光學(xué)實(shí)驗(yàn)教師講解視頻如圖1所示。針對(duì)微波單縫衍射,講解如何調(diào)節(jié)衍射板的位置、如何進(jìn)行測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)以及最終實(shí)現(xiàn)微波布拉格衍射。讓學(xué)生了解用微波代替X射線驗(yàn)證布拉格公式,必須做一個(gè)模擬晶體,模擬晶體是由直徑10mm的金屬球做成的立方晶體模型。講解如何放置模擬晶體,如何調(diào)節(jié)晶體面與發(fā)射臂平行,如何記錄入射角和反射角、如何改變微波的掠射角,記錄對(duì)應(yīng)的接收檢波電流。通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)視頻,充分了解實(shí)驗(yàn)流程和步驟,深入理解微波光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn),為課堂實(shí)際操作打好基礎(chǔ)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)流程再造為了讓學(xué)生在正式動(dòng)手操作儀器前,能夠?qū)?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)流程有更好的了解。在學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上放置了微波系列的虛擬仿真實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后對(duì)比分析使用。在人機(jī)交互的友好界面下,了解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)流程,不僅可以全面了解真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的全過(guò)程,還可以把深?yuàn)W的物理原理,利用計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà),清晰地展現(xiàn)出來(lái)。圖2是微波單縫衍射實(shí)驗(yàn)原理展示動(dòng)畫(huà),可以把光源,透鏡,單縫,觀察屏的位置和對(duì)應(yīng)關(guān)系展示出來(lái)。還可以動(dòng)態(tài)展示光線的走向以及在觀察屏上呈現(xiàn)的光強(qiáng)變化規(guī)律。圖3展示了微波反射實(shí)驗(yàn)的模擬操作過(guò)程,學(xué)生可以對(duì)反射臂的移動(dòng)位置進(jìn)行調(diào)整,記錄不同位置反射臂接收到的微波強(qiáng)度。通過(guò)反復(fù)操作練習(xí),直到熟練掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為止。通過(guò)這樣的課前仿真操作訓(xùn)練,不但讓學(xué)生直觀地了解實(shí)驗(yàn)原理和流程,提高學(xué)習(xí)興趣,還有效地降低了儀器的損壞率。并且改善了原有的教師講學(xué)生聽(tīng)的被動(dòng)教學(xué)模式,增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣,提高了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。2微波相關(guān)成果展示微波系列實(shí)驗(yàn)包括微波晶體檢波器校準(zhǔn)、微波電壓駐波比的測(cè)量、用諧振腔微擾法測(cè)介質(zhì)特性和微波光學(xué)等4個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生對(duì)微波有比較全面的了解,在實(shí)驗(yàn)背景介紹環(huán)節(jié),重點(diǎn)介紹了微波相關(guān)的應(yīng)用和歷史上的重要成果。介紹與微波相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)情況,1978年彭齊亞斯因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從身邊最常用的微波爐入手,分析其加熱工作原理,了解微波特性。對(duì)常用的雷達(dá)設(shè)備如何利用微波信號(hào)測(cè)定目標(biāo)的方向、距離和速度,從而對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位、跟蹤和識(shí)別的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹,逐漸擴(kuò)展到介紹微波在國(guó)防、導(dǎo)航、氣象測(cè)量、大地測(cè)量、工業(yè)檢測(cè)和交通管理等方面的應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。并讓學(xué)生了解微波在未來(lái)在醫(yī)學(xué)上治療癌癥和對(duì)“隱身”武器反制上的應(yīng)用。3錄像視頻進(jìn)線模式實(shí)驗(yàn)室去年添置了智能黑板,取代了以前的老式黑板。教師在講課過(guò)程中既可以播放PPT文件,又可以播放精彩的視頻資料。在需要的時(shí)候還可以轉(zhuǎn)為白板模式,在上面進(jìn)行書(shū)寫(xiě)和畫(huà)圖。方便了教師的講解,收到了很好的教學(xué)效果。4操作內(nèi)容u3000學(xué)生在實(shí)驗(yàn)1在微波晶體檢波器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中,利用作圖法得到晶體檢波率n,需要從波節(jié)到波腹的λg/4長(zhǎng)度內(nèi)(大約11mm),確定10個(gè)測(cè)試點(diǎn),每隔1mm左右需要一個(gè)定位點(diǎn),必須用百分表來(lái)準(zhǔn)確定位,然后讀出每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的輸出電壓值U。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,測(cè)量線上百分表的工作原理和使用方法不介紹,而是讓學(xué)生思考幾個(gè)問(wèn)題:如何讓百分表指針轉(zhuǎn)動(dòng)?如何調(diào)零點(diǎn)?讀數(shù)時(shí)保留幾位有效數(shù)字?帶著這些問(wèn)題,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中邊做邊思考,會(huì)比教師直接講百分表的使用更有效果。學(xué)生通過(guò)自己的努力學(xué)會(huì)了使用百分表,會(huì)有更大的成就感。5設(shè)計(jì)教學(xué)方法在微波晶體檢波器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中,增加諧振腔品質(zhì)因數(shù)測(cè)量作為增選內(nèi)容。由于學(xué)生動(dòng)手能力的差異,完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)間不同?；谝虿氖┙痰脑瓌t,給那些提前完成實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容的同學(xué)增加選做內(nèi)容。諧振腔品質(zhì)因數(shù)Q是表征微波系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)參量,其測(cè)量方法很多,通常根據(jù)待測(cè)諧振腔Q值的大小、外界電路耦合的程度及要求的精度等選擇不同的方法。本實(shí)驗(yàn)用功率傳輸法,它是根據(jù)諧振腔功率傳輸特性來(lái)確定Q值,Q值的高低除了表示諧振腔效率的高低之外,還表示頻率選擇性的好壞。選做實(shí)驗(yàn)的設(shè)置有利于因材施教、精英人才的培養(yǎng)。6儀器和實(shí)驗(yàn)原理的動(dòng)態(tài)展示通過(guò)充分利用現(xiàn)代化信息手段及網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái),對(duì)微波系列實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式進(jìn)行了改革,取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)微信,掃描新編教材中提供的二維碼,可以了解實(shí)驗(yàn)的儀器構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容和操作注意事項(xiàng)等內(nèi)容。通過(guò)登陸學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以觀看實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器等內(nèi)容的動(dòng)態(tài)展示,通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)演示,把微波系列實(shí)驗(yàn)中衰減器、頻率計(jì)、測(cè)量線、單縫衍射