MATLAB在高校物理實驗教學實踐中的運用分析

馬磊

【摘要】物理學以實驗為基礎，發(fā)現(xiàn)任何物理概念、定律，都需要通過實驗進行驗證。物理學的突破也需要利用實驗技術完成。通過物理實驗不僅可以幫助學生樹立正確的物理觀念，也可以深入的理解物理規(guī)律。本文主要對于MATLAB在高校物理實驗教學實踐中的運用進行系統(tǒng)的論述，從而對于相關的研究提供理論基礎。

【關鍵詞】MATLAI 高校物理 實驗教學實踐

在高校物理實驗教學當中利用MATLAB，可以促進高校物理實驗教學方法實現(xiàn)現(xiàn)代化，提高學生的學習興趣，獲得良好的學習效果。MATLAB具有良好的計算功能和圖形功能，有利于開展物理實驗教學，同時物理實驗教學也會變得更加生動。在高校物理實驗課程當中利用MATLAB圖像，可以促進物理實驗教學發(fā)展，獲得明顯的教學應用效果，通過實踐可以明確，利用MATLAB可以為高校物理實驗教學提供更多的便利之處。

1.概述MATLAB

MATLAB屬于一種簡便的工程計算語言，MATLAB具備矩陣處理和運算功能以及豐富的圖形功能，在當今工業(yè)應用和科學領域都利用了MATLAB。MATLAB結合了數(shù)值分析和矩陣運算以及信號處理等，使用者可以利用豐富的庫函數(shù)和各種工具箱，這樣就不會再受到底層編程強大的工作壓力，實現(xiàn)科學計算結果的可視化，轉化使用者的抽象思維為形象思維，這樣有利于更深入理解相關概念。在教學當中利用MATLAB，可以調(diào)整教學內(nèi)容，學生可以直觀的理解課程內(nèi)容，并且可以實時出來實驗結果，有利于培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。MATLAB自身具備很多優(yōu)點，工程技術人眼和科技專家都喜歡利用MATLAB完成工作。在當今很多領域都開始利用MATLAB，在很多高校當中，也要求本科生、研究生必須要要掌握MATLAB軟件。

2.高校物理實驗教學現(xiàn)狀

因為傳統(tǒng)教育思想的影響，再加上教育經(jīng)費不夠充足，很多高校不夠重視物理實驗課程。物理實驗課程體系多年來都沒有改變，實驗內(nèi)容缺乏時代信息，利用的教學模式和教學方法比較落后，缺乏綜合性、設計性實驗，這樣一來，高校物理實驗課程就無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展需求。在實驗教學過程中，實驗教學模式都是固定的，實驗教學內(nèi)容也太過陳舊，利用的實驗教學方法也太過死板，通常都是由教師安排實驗內(nèi)容和實驗儀器，教師給出實驗原理和實驗步驟，甚至還設計好數(shù)據(jù)表格，這種教學方式無法激發(fā)學生的學習興趣，在這個過程中學生不需要開洞腦筋，只是被動的按照步驟完成實驗。這種實驗教學模式抑制了學生的學習積極性和主動性，無法激發(fā)學生的思維發(fā)展，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。這就需要教師利用MATLAB，改革高校物理實驗教學。

3.MATLAB在高校物理實驗教學實踐中的運用

3.1利用MATLAB制作實驗教學課件

教師在講解基礎物理學的過程中，需要在黑板上作圖，但是做出來的圖總是不夠準確，此外還浪費教學時間。因此可以利用MATLAB制作實驗教學課件，可以改變圖形參數(shù)，建立具體的數(shù)學模型，讓學生自己去觀察圖形產(chǎn)生的變化，這樣有利于學生深入的理解知識。例如在光學實驗教學過程中，這次實驗的關鍵內(nèi)容就是讓學生學會調(diào)整實驗儀器，可以捕捉到光學現(xiàn)象，并且可以準確的觀察測量。在調(diào)整實驗儀器的過程中，很多光學現(xiàn)象都很難進行控制，而且這些光學現(xiàn)象只是短暫的出現(xiàn)，同時還存在假象和虛像，在這些因素的干擾下，獲得的實驗教學總是不夠理想。利用MAT-LAB作為演示平臺，對于光學現(xiàn)象進行模擬，可以將上述問題全部解決。例如實踐單縫衍射實驗，可以利用MATLAB編程，將衍射現(xiàn)象演示出來，給予模型不同的數(shù)據(jù)，就可以獲得在不同縫寬條件下產(chǎn)生的各種衍射結果，從而掌握衍射條紋的實際變化規(guī)律，幫助學生可以了解實驗效果。

結合實驗物理教學和MATLAB軟件，可以為學生提供直觀的物理現(xiàn)象，幫助學生掌握物理現(xiàn)象和規(guī)律，同時還可以提高學生的學習主動性，激發(fā)學生的思維。

3.2在實驗仿真方面利用MATLAB

利用MATLAB軟件可以建立數(shù)學模型，并且可以將其中的參數(shù)進行改變。這樣一來學生可以直接觀測圖形變化。更好的理解知識。例如在分析單自由度阻尼系統(tǒng)的阻尼系數(shù)對于固有振動模式的影響的過程中，可以利用MATLAB求解，并且畫出波形變化。

實際上后一組曲線就是系統(tǒng)脈沖過渡函數(shù)，脈沖激勵可以形成一個單位初速度為v0，那么最終得到的波形就是脈沖過渡函數(shù)。

MATLAB利用指令，可以在物理實驗當中利用信息技術，將傳統(tǒng)物理實驗課程進行整合，這樣可以對于高校物理實驗發(fā)揮出輔助作用，學生可以獲得基本技能訓練和基本實驗操作，同時也可以在物理實驗當中利用信息技術獲得良好的物理實驗教效果。

3.3在實驗數(shù)據(jù)處理方面利用MATLAB

數(shù)據(jù)處理方法在物理實驗當中發(fā)揮著非常重要的作用。如果利用手工處理數(shù)據(jù)，那么只能對于線性關系發(fā)揮效果，并且處理效率非常低，還會出現(xiàn)人為誤差。利用Excel和計算機高級語言編程工具等，相關操作不夠便利，編程過程又比較復雜，因此無法在實際教學當中利用。一些學生想獲得正確的實驗報告，去隨意改變數(shù)據(jù)，這樣一來就無法客觀處理數(shù)據(jù)，導致實驗失去意義。而MAT-LAB可以提供大量的科學計算函數(shù)，可以在極短的時間內(nèi)處理數(shù)據(jù)插值和曲線擬合等各種問題。

結束語：在高校物理實驗教學當中利用MATLAB，可以模擬實驗，減少實驗的盲目性，也會減少儀表儀器的損壞，此外還可以學生的學習積極性和主動性，激發(fā)學生的學習興趣和學習熱情。