探究性学习在声速测量实验课中的运用

竺江峰

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

探究性学习在声速测量实验课中的运用

竺江峰

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

为了进一步提高大学物理实验课堂教学的质量，根据探究性学习的特点，构建声速测量实验课的实验教学过程，采用创建探究方向、拓展探究方向和加大探究自由度及激励机制，从而提高了大学物理实验课堂教学的自主性、实践性、开放性和激励性。

探究性学习；声速测量；培养创设能力

美国国家科学教育标准中对探究的定义是:“探究是多层面的活动，包括观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答，解释和预测；以及交流结果。探究要求确定假设，进行批判的和逻辑的思考，并且考虑其他可以替代的解释。”［1］探究性学习是一种积极的学习过程，是指在教学过程中以问题为载体，创设一种类似科学研究性的情境或途径，引导学生通过自己收集、分析、处理信息，感受和体验知识的产生过程，进而了解社会，学会学习，培养分析问题、解决问题的能力和创设能力，其核心是改变学生的学习方式［2］。而大学物理实验课堂的教学，就是以探究为主的学习教学。笔者以大学物理实验课程中的声速测量教学为例构建探究性课堂教学［3］。

课堂设计:

1　设立课前预习提纲

在每一堂大学物理实验课前，让学生自主进入物理实验教学教学中心网站，了解每堂实验课的任务、要求、实验原理、步骤及拓展性实验并根据预习提纲进行实验预习。

声速测量预习提纲:

（1）实验任务:

①用共振法测空气中的声速（利用接收端的接收增益放大接收信号）；（必做）

②用相位法、时差法测空气中的声速；（选做）

（2）实验原理:

①压电陶瓷换能器如何进行工作的？

②驻波如何形成？

③三种测量方法的主要实验原理如何？

④Δxi是半个波长还是一个波长？

（3）操作规范:

①利用接收端的接收增益放大接收信号及在谐振情况下的测量探究。

②如何进行谐振频率调节？

③如何理解示波器上的的直线、椭圆图形？

④如何避免回程差？

⑤如何正确使用示波器？

（4）数据处理:

①逐差法是采用逐项逐差还是隔项逐差；

②如何设计表格及必要数据的具体计算过程；

③为什么时差法中延迟时间ti-ti-1必需是三位有效数？

（5）结果讨论和误差分析:（本次实验项目的重点）。

①二种或三种测量方法的优劣比较，定量分析引起误差的原因；

②百分差一般控制在5%以内。

2　课堂教学过程

（1）讲解实验原理、仪器结构、实验步骤和实验任务［4］（只讲解用共振法测声速）；

（2）创建探究方向的实验情境，利用SV-DH-7A型声速测定仪专用信号源调节旋钮中的接收增益［4］，如图1所示。利用接收信号放大功能，要求学生测量专用信号源频率在30 000 Hz、50 000 Hz左右的声速，实物连接如图2所示。实验数据及结果如下表1、2所示。

图1　调节施钮示意图

图2　实物连接图

表1　温度：t=25.9±0.5℃ 频率：f=30 006±1 Hz

表2　温度：t=25.9±0.5℃ 频率：f=46782±1 Hz

（3）拓展探究方向的实验情境，激发学生探究兴趣［5］，在完成以上实验后引导学生如何用其他的实验情境来测量声速。指出调节专用信号源调节旋钮中的接收增益目的，让学生集体思考、归纳，最后得出结论:使接收波放大并得到清晰稳定的波形。从而让学生掌握实验最本质的要求而自然找到用共振的原理而采用调节谐振频率。实物连接如图3所示。

图3　实物连接图

实验数据及结果如下表3所示。从表1至表3中发现通过创设不同的实验情境，其结果表明都在实验测量容许的误差范围内（百分差在5%内）。学生通过对共振法测量声速在不同情境下进行实验探究，认为进一步加深了对该实验原理的理解和深入掌握了实验的关键要点，激发了学生对实验探究兴趣。

表3　温度：t=25.9±0.5℃ 谐振频率：f=38466±1 Hz

（4）加大探究自由度和激励机制，激发学生成就感，在完成必做的实验任务后，学生可以积极参与选做的实验任务，要求学生为主体，自己独立完成选做的实验任务，实验教师积极巡视并做必要的引导和指导，学生可以根据课堂时间选做用相位法或时差法测空气中的声速。选做的实验任务作为学生实验报告成绩的加分内容，未完成选做实验任务的不扣分。

3　教改成果

（1）提高了学生课堂学习的自主性，探究性学习在实验教学中把学生作为活动的主体，最大限度地让学生经过积极的探索和发现、亲身的体验与实践，以自己的生活经验和认知结构并用学过的知识来完成实验任务。教师在这个过程中只是一个组织者、指导者和参与者。这样有利于学生主体意识和主体能力的形成和发展，塑造了学生独立的人格品质，有利于培养学生的自主性。

（2）加大了学生课堂学习的实践性，在有限的三节实验课时间里，最大限度地让学生借助于一定的手段，运用多种感官，通过自己的主体活动和积极思考加强了认知并得到了动手能力的培养，进而用学习主体的实践活动促进学习者的积极发展。

（3）加大了学生课堂学习的开放性，探究性学习打破了传统实验教学在统一规定下的教学模式，为学生提供了自由选择实验内容、大胆探索、实现自我超越的学习环境。培养了学生像科学家那样，发现问题、解决问题，经历一个完整的科学研究过程，体验发现知识、再创知识的创新过程并在实验过程中，通过现象抓住本质，提出问题，探讨解决问题的方案，对不同的结果进行分析，培养了创新意识和创造能力。

（4）加大了学生课堂学习的激励性，通过探究性学习在声速测量实验课中的运用，加大了实验过程和实验结果的和谐统一，积极引导了学生在自我独立完成实验基础上得到了心理上的成就感满足，并为选做实验而得到实验报告加分起到了积极的正面、向上的引导作用，为合理安排实验课的统一下课奠定了基础。

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

［2］ 江影，邱淑霞，庞宁.综合设计性物理实验项目开发与指导方法的探究［J］.大学物理实验，2012，25 （6）:116-118.

［3］ 杨辉，王丹，路大勇.综合性大学普物实验探究式教学初探［J］.大学物理实验，2012，25（5）:109-110.

［5］ 竺江峰.大学物理实验教程［M］.2版，北京:中国水利水电出版社，2014.

［5］ 周帼红，李端勇.从素质教育看大学物理实验教学的优化改革［J］.大学物理实验，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

浙江海洋学院第一批校级课堂教学改革项目