微波實驗的教學(xué)思考

微波實驗的教學(xué)思考

微波序列實驗是“現(xiàn)代物理實驗”的重要組成部分。如何通過微波系列實驗的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生了解實驗思想、掌握實驗方法和加強實驗技能,是需要在教學(xué)實踐中考慮的問題。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)置等方面進行改進。在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié),從兩方面入手,一方面是改進傳統(tǒng)教材,增加掃碼觀看實驗操作的內(nèi)容;另一方面登陸學(xué)校的教學(xué)平臺,學(xué)生可以進行仿真操作,進一步熟悉實驗的操作流程。通過利用網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)系統(tǒng),學(xué)生提前了解實驗原理、熟悉實驗設(shè)備及流程,并模擬真實實驗操作的全過程。對操作過程反復(fù)練習(xí),直到熟練為止1加強溝通連接，激發(fā)學(xué)生興趣微波光學(xué)實驗教師講習(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驗演示二維碼。學(xué)生在使用教材的同時,不僅可以通過文字了解實驗相關(guān)內(nèi)容,還可以通過掃描二維碼,用手機來觀看該實驗的教師講解視頻。微波光學(xué)實驗教師講解視頻如圖1所示。針對微波單縫衍射,講解如何調(diào)節(jié)衍射板的位置、如何進行測量、記錄數(shù)據(jù)以及最終實現(xiàn)微波布拉格衍射。讓學(xué)生了解用微波代替X射線驗證布拉格公式,必須做一個模擬晶體,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,記錄對應(yīng)的接收檢波電流。通過觀看實驗視頻,充分了解實驗流程和步驟,深入理解微波光學(xué)實驗的操作要點,為課堂實際操作打好基礎(chǔ)。學(xué)生實驗流程再造為了讓學(xué)生在正式動手操作儀器前,能夠?qū)嶒炘砗蛯嶒灹鞒逃懈玫牧私?。在學(xué)校實驗教學(xué)平臺上放置了微波系列的虛擬仿真實驗,讓學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)和課后對比分析使用。在人機交互的友好界面下,了解實驗原理、熟悉實驗流程,不僅可以全面了解真實實驗操作的全過程,還可以把深奧的物理原理,利用計算機三維動畫,清晰地展現(xiàn)出來。圖2是微波單縫衍射實驗原理展示動畫,可以把光源,透鏡,單縫,觀察屏的位置和對應(yīng)關(guān)系展示出來。還可以動態(tài)展示光線的走向以及在觀察屏上呈現(xiàn)的光強變化規(guī)律。圖3展示了微波反射實驗的模擬操作過程,學(xué)生可以對反射臂的移動位置進行調(diào)整,記錄不同位置反射臂接收到的微波強度。通過反復(fù)操作練習(xí),直到熟練掌握實驗內(nèi)容為止。通過這樣的課前仿真操作訓(xùn)練,不但讓學(xué)生直觀地了解實驗原理和流程,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)生聽的被動教學(xué)模式,增加了學(xué)生實驗的學(xué)習(xí)興趣,提高了實驗的教學(xué)效果。2微波相關(guān)成果展示微波系列實驗包括微波晶體檢波器校準、微波電壓駐波比的測量、用諧振腔微擾法測介質(zhì)特性和微波光學(xué)等4個實驗。為了讓學(xué)生對微波有比較全面的了解,在實驗背景介紹環(huán)節(jié),重點介紹了微波相關(guān)的應(yīng)用和歷史上的重要成果。介紹與微波相關(guān)的諾貝爾獎的獲獎情況,1978年彭齊亞斯因為發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射獲得諾貝爾物理學(xué)獎。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。對常用的雷達設(shè)備如何利用微波信號測定目標的方向、距離和速度,從而對運動目標實現(xiàn)定位、跟蹤和識別的原理進行簡單介紹,逐漸擴展到介紹微波在國防、導(dǎo)航、氣象測量、大地測量、工業(yè)檢測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)生了解微波在未來在醫(yī)學(xué)上治療癌癥和對“隱身”武器反制上的應(yīng)用。3錄像視頻進線模式實驗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。在需要的時候還可以轉(zhuǎn)為白板模式,在上面進行書寫和畫圖。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)生在實驗1在微波晶體檢波器校準實驗中,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長度內(nèi)(大約11mm),確定10個測試點,每隔1mm左右需要一個定位點,必須用百分表來準確定位,然后讀出每個測試點上對應(yīng)的輸出電壓值U。在實驗過程中,測量線上百分表的工作原理和使用方法不介紹,而是讓學(xué)生思考幾個問題:如何讓百分表指針轉(zhuǎn)動?如何調(diào)零點?讀數(shù)時保留幾位有效數(shù)字?帶著這些問題,學(xué)生在實驗中邊做邊思考,會比教師直接講百分表的使用更有效果。學(xué)生通過自己的努力學(xué)會了使用百分表,會有更大的成就感。5設(shè)計教學(xué)方法在微波晶體檢波器校準實驗中,增加諧振腔品質(zhì)因數(shù)測量作為增選內(nèi)容。由于學(xué)生動手能力的差異,完成實驗內(nèi)容的時間不同?；谝虿氖┙痰脑瓌t,給那些提前完成實驗基本內(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)的一個重要技術(shù)參量,其測量方法很多,通常根據(jù)待測諧振腔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。本實驗用功率傳輸法,它是根據(jù)諧振腔功率傳輸特性來確定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。選做實驗的設(shè)置有利于因材施教、精英人才的培養(yǎng)。6儀器和實驗原理的動態(tài)展示通過充分利用現(xiàn)代化信息手段及網(wǎng)絡(luò)化平臺,對微波系列實驗的教學(xué)方式進行了改革,取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生通過微信,掃描新編教材中提供的二維碼,可以了解實驗的儀器構(gòu)造、實驗的主要內(nèi)容和操作注意事項等內(nèi)容。通過登陸學(xué)校教學(xué)實驗平臺,可以觀看實驗原理和實驗儀器等內(nèi)容的動態(tài)展示,通過三維動畫演示,把微波系列實驗中衰減器、頻率計、測量線、單縫衍射