线上线下混合式教学的示波器实验设计

广东海洋大学电子与信息工程学院 费贤翔

文章首先介绍了示波器实验教学中存在的问题，为了改善教学效果，设计了一套教学流程，从线上与线下两个方面来教学，线上视频是示波器按键功能演示与信号概念的引入，使用超星平台作为视频的载体，适合学生反复观看。而现场讲解着重于信号的接通与信号的测量，适合学生理解整个实验过程。

示波器实验是大学物理实验之一，大学物理实验中也有多个实验需要用到示波器，比如磁滞回线实验、声速测量实验等等，同时示波器的使用也是电学方面实验的基础，所以熟练的使用示波器，是一项必备的基本功。随着时代的发展，数字示波器已经普及，相比于模拟示波器，数字示波器不仅功能强大，而且也容易操作。基于此原因，很多学校开始利用数字示波器来进行教学，广东海洋大学已经采用数字示波器教学多年，积累了一定的教学经验。本文以数字示波器为例，介绍示波器的教学设计，也可应用于模拟示波器的教学。

1 示波器教学中存在的问题

示波器实验教学中存在以下问题，第一，学生在做完实验后，对示波器的操作生疏，不知道一些关键按键的作用。比如信号电压幅度是通过信号发生器来调节，但有部分同学通过调节Scale按键，来改变信号的大小。第二，不会测量信号的电压和周期。第三，学生只是被动的完成实验，只是为了得到数据，而并不理解其中的原理。比如在做李萨如图形时，不知道李萨如图形与x轴切点与y轴切点的。第四，教师在讲解中没有重点，总想将示波器的原理、功能讲解清楚，其实，示波器重在使用，一部分不常用的功能不需要介绍，比如FFT运算。重点在于信号的测量，给定一个信号，测出信号的频率、周期、幅度。第五，教师的讲解只有一次，学生吸收的内容有限。

2 示波器实验的设计

针对上述情况，我们对示波器实验的教学过程进行了设计，如图1所示，可以将讲解分为线上讲解与现场讲解两种，现场讲解，注重如何接通信号，信号的调节，信号怎么测量，现场讲解可以把电信号的测量过程完整的展示给学生，让学生有一个整体认识。不仅仅包括示波器的使用，而且还包括信号发生器的使用。另一种是线上视频讲解，注重按键功能的讲解，不强调信号的调节与测量。先介绍各个主要的区，比如垂直控制区和水平控制区，再介绍具体的按键功能，比如垂直控制区的scale按键是改变竖直方向上每个方格的单位，并且单位显示在屏幕下方，可以通过数方格来测量电压的大小。这样做的目的是让学生可以反复观看，熟悉各按键的作用。线上视频的作用是让学生自学，或者说通过视频的方式，降低学习的难度，增加学习的方便性和趣味性。

图1 示波器实验教学过程设计

2.1 线上视频讲解

可以录制两段视频放在线上平台，第一段视频是讲解示波器的主要按键功能，便于学生重复观看。第二段视频是引入信号的概念，并对信号进行介绍，包括各种光信号，声信号等等，绝大部分情况下信号都是转变为电信号，所以电信号的显示尤为重要，而电信号的显示其中一部分是通过示波器来显示的。比如我们在教学中就引入引力波信号的探测与研究。在拓展教育的同时，加强学生对该实验重要性的认识。这一部分内容可以自由设计，视频的时间不易过长，有助于学生观看完整视频和反复学习。线上视频要有线上平台支持，我们在实践中选择超星学生通平台，该平台的优点是每个教师的每门课程都有自己平台，且集中了各种教学手段，有助于教学的多样性，学生学习方式的多样化。

2.2 现场讲解流程设计

现场讲解的流程图，如图2所示。

图2 示波器实验线下讲解设计

2.2.1 引子

引入信号概念，比如我们用的市电是直流电还是交流电？怎样检测市电是交流电呢？如果是交流电，那么是什么波形，是方波还是三角波还是正弦波，怎么证明呢？当然可以用其他方式来引入信号的概念。这里只是举例。

2.2.2 从示波器的应用说起

首先要让学生明白是用来看电信号的波形的，是用来测量电信号的仪器，示波器的原理反而是其次的，关键是要会使用示波器来测量电信号。

2.2.3 介绍电信号的两个输入端

示波器从信号发生器的输出端接入信号，介绍信号发生器的使用，要是频率、周期、幅度、相位的调整。示波器实验中不仅用到示波器，还用到了信号发生器，要求学生能够掌握两种仪器的使用方法。

2.2.4 接入信号后怎么显示

第一要确保有信号，第二要打开该通道的开关，如果没有信号，最简单的方法是按下AUTO键，示波器自动将信号显示出来。

2.2.5 图表的观察与测量

观察波形，并测量波形的频率、周期、和峰峰值。在测量过程中，学生对两个问题会感到疑惑，第一个是，图形大小的改变，在调节单位的时候，图形的大小会发生改变，这时学生认为是电信号发生了变化产生的，在这里就需要给学生们介绍电压单位和时间单位的问题。让学生知道示波器上y轴代表的是电压，x轴代表的时间，每格的单位可以调节，通过旋钮调节，最后重点介绍measure键和cursor键，测量信号的电压与周期。

2.2.6 介绍触发源与X、Y信号合成功能

2.2.7 李萨如图形

着重介绍x轴信号与y轴信号叠加的概念，可以在线上平台录制一段关于信号叠加的视频，让学生自主学习。同时说明图形与x轴、y轴切点与x轴、y轴频率的关系。

数字示波器的操作相对于模拟示波器来说是简单一点，但功能会更加的强大。本文总结多年示波器实验的教学经验，设计了示波器的教学流程，通过线上视频与现场讲解的结合，使学生能在有限的时间内更好的掌握示波器的操作。