計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用

計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用

文/海拉提·著勞實

摘要：物理實驗屬于高等工科院?；A(chǔ)性必修課程之一，其在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力、工程意識及綜合素質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。物理實驗中充分引入計算機教學(xué)，能全面提高實驗效率及精度。接下來，本文將詳細(xì)論述計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用，以期促進(jìn)物理實驗教學(xué)活動的順利開展。

關(guān)鍵詞：計算機模擬；物理實驗；應(yīng)用

中圖分類號:G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-9214(2015)09-0080-01

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及多媒體教學(xué)環(huán)境的建設(shè)，計算機技術(shù)為物理實驗教學(xué)提供了新的教學(xué)方式。計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用，能夠全面改善物理實驗教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、豐富物理實驗教學(xué)內(nèi)容，提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量。

一、計算機模擬實驗優(yōu)點分析

計算機模擬實驗方式能夠有效減少環(huán)境局限、時空局限、設(shè)備局限等因素對物理實驗教學(xué)的影響，例如，原子核式結(jié)構(gòu)模型、a粒子散射、原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等實驗，上述實驗是物理的初步基礎(chǔ)，缺少這些實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生將很難建立正確的物理知識鏈結(jié)構(gòu)體系。但是，在教學(xué)過程中這些實驗很難完成，通過信息技術(shù)方式則能將實驗現(xiàn)象生動、直觀地展現(xiàn)到學(xué)生面前，使學(xué)生很好地掌握這些實驗包含的知識內(nèi)容。

計算機模擬實驗充分利用了計算機技術(shù)，計算機技術(shù)自身就是技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)物，其為物理實驗教學(xué)提供了非常豐富的資源信息，例如，通過計算機多媒體技術(shù)方式可以為學(xué)生提供有趣、生動、形象的實驗過程，進(jìn)一步豐富學(xué)生表象，對學(xué)生想象力、實踐能力的培養(yǎng)也起到了重要作用。另外，計算機技術(shù)可以為學(xué)生提供個別化的學(xué)習(xí)模式，實現(xiàn)“因材施教”。

計算機模擬實驗?zāi)軌蚍e極整合傳統(tǒng)教學(xué)中的優(yōu)秀理念、現(xiàn)代教育思想，能夠有效縮短物理實驗時數(shù)，教師在一定的時間內(nèi)可以安排更多的實驗項目，進(jìn)而提高物理實驗教學(xué)效率。計算機模擬實驗教學(xué)還能在實驗教學(xué)課時總數(shù)不變的情況下，進(jìn)一步豐富實驗教學(xué)資源。另外，計算機網(wǎng)絡(luò)與計算機模擬實驗相互結(jié)合，能夠有效完成遠(yuǎn)程模擬實驗室學(xué)習(xí)，在這種環(huán)境下，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨時隨地地進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)，與其他人員分享教學(xué)資源、學(xué)習(xí)心得，進(jìn)而為實驗環(huán)節(jié)奠定良好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

從整體上來說，計算機模擬實驗一方面能夠有效解決傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)存在的弊端，一方面能夠有效提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識面、提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。

二、計算機在物理實驗中的應(yīng)用范圍

計算機在物理實驗中的應(yīng)用范圍比較廣泛，有以下幾種：①測定時間。在單片機上配備定時器接口，可以使學(xué)生非常容易地測量、記錄某一實驗過程所需時間。例如，通過計算機技術(shù)能夠精確記錄油滴實驗過程中油滴的時間。②計數(shù)。計數(shù)利用了計算機技術(shù)處理脈沖，例如，在完成電路配接滯后，可以按照一定程序使用脈沖技術(shù)，并由計算機處理結(jié)果。③測量電量。在物理實驗過程中，電量與非電量轉(zhuǎn)化比較頻繁，可以通過計算機方式處理數(shù)字信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。④記錄瞬態(tài)過程。對于部分非周期過程研究，普通方式很難完成?？梢酝ㄟ^記錄、采樣高速瞬態(tài)方式進(jìn)行非周期過程研究，實驗過程完成后，通過計算機方式詳細(xì)分析、研究記錄結(jié)果。⑤分析實驗結(jié)果。計算機技術(shù)具有較強的邏輯運算能力、數(shù)字處理能力，能夠精確分析結(jié)果的最大值、最小值，有效記錄周期信號頻率，進(jìn)而得出微積分。⑥控制實驗過程。計算機技術(shù)能夠按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)字量輸出與信號控制，然后通過接口電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等，有效控制實驗過程，使得物理實驗按照設(shè)計步驟進(jìn)行，避免了手動測量誤差和人為性誤差。另外，計算機模擬實驗還能夠使操作人員遠(yuǎn)離強電磁場、放射源等對人體有傷害的區(qū)域。

三、計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用策略

1.利用多媒體技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)

大學(xué)物理實驗內(nèi)容比較廣泛，但是，實驗課時有限。因此，在傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)中經(jīng)常采用填鴨式教學(xué)方式，只能讓學(xué)生按照課本內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生所獲得的理論均為課本上的數(shù)據(jù)，無法讓學(xué)生接觸到實驗操作與實驗學(xué)習(xí)。利用計算機多媒體技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)能夠充分鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識、豐富實驗教材，克服物理實驗弊端。部分物理實驗抽象性較強，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能直觀地表達(dá)給學(xué)生。通過計算機教學(xué)方式，能夠?qū)⒊橄髢?nèi)容具體化，讓學(xué)生獲得更多的數(shù)據(jù)信息。例如，霍爾效應(yīng)中建立平衡態(tài)過程，可以通過計算機技術(shù)將實驗瞬時完成的現(xiàn)象放慢，進(jìn)而讓學(xué)生全面觀察、了解、掌握。計算機技術(shù)中的flash、powerpoint等軟件，可以讓學(xué)生科學(xué)、近距離接觸物理實驗。通過計算機技術(shù)讓學(xué)生掌握實驗具體的步驟，掌握實驗包含的理論知識，更好地驗證自己的觀點。另外，教師還可以根據(jù)教學(xué)模塊將物理實驗、物理教學(xué)內(nèi)容制作成網(wǎng)絡(luò)課件，上傳到網(wǎng)絡(luò)上，方便學(xué)生課下的交流學(xué)習(xí)。

2.利用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)管理

由于受到物理實驗室教學(xué)設(shè)備、環(huán)境限制，教師需要手工登記學(xué)生的出勤情況、作業(yè)完成情況、成績情況等。這些工作非常瑣碎，會占據(jù)教師的部分精力、時間。利用計算機多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)管理，可以方便地記錄學(xué)生的各種信息，全面提高教學(xué)效率。利用計算機多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)管理，應(yīng)加強系統(tǒng)軟件開發(fā)與研究力度，結(jié)合實驗教學(xué)的特殊性，積極選擇科學(xué)軟件，進(jìn)一步提高教學(xué)有效性。

結(jié)語

綜上所述，計算機技術(shù)在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用廣泛，充分利用多媒體技術(shù)能夠?qū)⑽锢韺嶒炁c現(xiàn)代計算機技術(shù)充分結(jié)合，促進(jìn)物理實驗教學(xué)的順利開展。

(作者單位：阿勒泰廣播電視大學(xué))

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