淺談計算機(jī)在物理實驗中的應(yīng)用

王棟

摘要：物理實驗是高等工科院校的一門必修基礎(chǔ)課，是樹立學(xué)生工程意識、培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。在物理實驗教學(xué)中利用計算機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)良性互動的物理實驗教學(xué)模式，構(gòu)成開放性教學(xué)環(huán)境，使抽象理論直觀化，還能提高實驗精度及效率。本文結(jié)合簡單的實例對計算機(jī)在物理實驗中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：物理實驗；計算機(jī)輔助教學(xué)；應(yīng)用物理實驗是高等工科院校的一門必修基礎(chǔ)課，是樹立學(xué)生工程意識、培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。近年來以計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為物理實驗教學(xué)提供了新的手段。將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于物理實驗教學(xué)，可以改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，構(gòu)建開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式和手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果和學(xué)生的綜合素質(zhì)，不斷提高實驗物理教學(xué)質(zhì)量。

1改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，形成師生良性互動機(jī)制

首先通過教師指導(dǎo)下的虛擬實驗設(shè)計和學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動的設(shè)計, 可充分發(fā)揮在物理實驗教學(xué)過程中教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。其次計算機(jī)仿真的交互性使實驗教學(xué)系統(tǒng)能夠為學(xué)生提供必要的反饋，學(xué)生的學(xué)習(xí)可自主地、個性化地實現(xiàn)。第三利用校園網(wǎng)平臺，學(xué)生可以隨時向教師提問題，還可以在電子公告欄對實驗中的問題發(fā)表自己的看法，參與討論，學(xué)生可獲得更多的學(xué)習(xí)交流機(jī)會，且教師也便于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。從而改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的物理實驗教學(xué)模式，實現(xiàn)了師生良性互動的物理實驗教學(xué)模式。

2構(gòu)成開放性教學(xué)環(huán)境，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)

一是通過網(wǎng)上預(yù)習(xí)，增強(qiáng)預(yù)習(xí)效果。學(xué)生對物理實驗的預(yù)習(xí)是順利完成實驗的重要環(huán)節(jié)。以前學(xué)生預(yù)習(xí)實驗，主要通過學(xué)習(xí)教材來掌握實驗原理、熟悉實驗儀器、了解實驗內(nèi)容，這種方法缺乏直觀形象性，實際效果不好。采用CAI課件，在校園網(wǎng)上進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，通過直觀形象的展示和給學(xué)生充分的思考和分析時間，使學(xué)生可充分消化實驗內(nèi)容，有助于達(dá)到良好的課前預(yù)習(xí)效果。二是計算機(jī)仿真物理實驗教學(xué)，可以實現(xiàn)教材、方法、時間和空間等方面的開放性，使學(xué)生可以自行設(shè)計和選擇實驗方式，給學(xué)生充分發(fā)揮想象力的空間。三是計算機(jī)仿真物理實驗教學(xué)可以設(shè)計以學(xué)生探索為主的模式，允許學(xué)生探索和建構(gòu)虛擬環(huán)境，充分發(fā)揮學(xué)生的直覺思維能力、創(chuàng)造思維能力和實際的創(chuàng)造力。

3變抽象為直觀，便于學(xué)生對知識的理解掌握

一是在物理實驗中，有些復(fù)雜、抽象、不便直接觀察現(xiàn)象，學(xué)生不易理解和掌握，通過計算機(jī)模擬實驗，將那些抽象、枯燥、難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容以生動形象的形式表現(xiàn)出來, 可便于學(xué)生對知識的理解和掌握。二是模擬過程，利于學(xué)生對實驗原理的掌握。如用橢圓偏振儀測量薄膜厚度的實驗，該實驗儀器的操作過程非常簡單，學(xué)生做實驗也比較輕松，但實驗蘊(yùn)涵了復(fù)雜的光波變換過程，學(xué)生對實驗原理和處理問題的方法模糊不清。借助于計算機(jī)模擬動態(tài)折線迷你光線在單層薄膜系統(tǒng)的多次折返，通過顏色的深淺表現(xiàn)經(jīng)薄膜吸收后光波能量的衰減，用動態(tài)曲線模擬光波經(jīng)過起偏器，波片，薄膜系統(tǒng)，檢偏器后，光偏振狀態(tài)的變化，真實地揭示了光波的變換過程，同時用曲線的動感和顏色增強(qiáng)吸引力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)校興趣，幫助學(xué)生消化理解實驗內(nèi)容。三是現(xiàn)在的實驗儀器大部分都是“黑匣子”商品儀，如霍爾效應(yīng)測試儀，霍爾效應(yīng)實驗儀器等，學(xué)生對實驗儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，試驗路線的聯(lián)接很難了解。通過計算機(jī)模擬實驗可以顯示實驗儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及線路的聯(lián)接，使學(xué)生對實驗儀器結(jié)構(gòu)和功能一目了然。

4計算機(jī)采集處理實驗數(shù)據(jù)，提高實驗效率和精度

在物理實驗中,實驗數(shù)據(jù)處理是困擾學(xué)生的主要問題。由于大部分實驗數(shù)據(jù)處理仍采用手工制表、手工計算、標(biāo)紙上作圖等方法，不僅耗費了學(xué)生大量的時間和精力，也難以激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的激情和樂趣。目前許多高校都在大學(xué)物理實驗中引進(jìn)了如美國PASCO公司、德國PHYWE公司的物理實驗系統(tǒng)等設(shè)備，其都有自動采集實驗數(shù)據(jù)功能和計算機(jī)處理實驗數(shù)據(jù)功能，取得了很好的教學(xué)效果。同時也可提高實驗的精度。在單縫衍射實驗中，用計算機(jī)及其軟件對衍射花樣進(jìn)行采集和處理數(shù)據(jù)，比用卡尺測的精度高一個數(shù)量級。

5用計算機(jī)檢查實驗數(shù)據(jù)，批改實驗報告

在大學(xué)物理實驗中，有許多數(shù)據(jù)繁雜的實驗，學(xué)生作完實驗后，教師要快速檢查實驗結(jié)果是否正確，是一項時間緊，要求高的工作。并且大學(xué)物理實驗是基礎(chǔ)實驗課，教師面對上千名學(xué)生的實驗報告，完成這一工作要占用大量時間，利用計算機(jī)及其數(shù)據(jù)處理軟件，由學(xué)生自己根據(jù)計算機(jī)屏幕上出現(xiàn)的提示輸入自己在實驗中獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，計算機(jī)可顯示出實驗數(shù)據(jù)是否合格，需不需要重做，這樣既減輕了教師的工作量，又監(jiān)督了一些學(xué)生做實驗的不認(rèn)真，想蒙蔽過關(guān)的現(xiàn)象。同時調(diào)動學(xué)生了學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)到了量化的考核目的。

6結(jié)束語

利用計算機(jī)輔助物理實驗教學(xué)克服了物理實驗中的諸多問題，有助于學(xué)生更好的理解物理概念和規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代科學(xué)解決實際問題的能力，有利于開拓學(xué)生眼界、拓寬思路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張學(xué)娥.計算機(jī)在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用.重慶郵電學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版）[J].2004，4.

[2]周燕.虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）[J].2008,10.