計算機在物理實驗教學中的應用論文
[摘要]本文分析了計算機在物理實驗教學中的應用，其應用主要包括：多媒體教學，仿真物理實驗，多媒體實驗，實驗后的數據處理等幾個方面。由于計算機可以幫助解決傳統實驗中難以解決的問題，因此受到越來越多的歡迎。
[關鍵詞]物理實驗教學 多媒體教學 仿真物理實驗 多媒體實驗
目前，計算機在高等教育中發揮著越來越重要的作用，其在物理實驗教學中的應用也越來越受到重視。筆者查閱了大量的文獻資料，并結合自己的教學實踐，對計算機在物理實驗教學中的應用進行了研究。計算機在物理實驗教學中的應用大體可分為以下幾個方面。
一、多媒體教學
多媒體教學作為現代化教學的重要形式，以其獨特的優勢受到越來越多的歡迎，它以生動的圖象、視頻、動畫、聲音等手段創設情境，變靜為動，變抽象為直觀，調動了學生的積極性，豐富了課堂教學內容，提高了教學效果。
1.演示靜態內容，充分調動學生感官
利用多媒體，可以將實驗內容按一定的結構，用文字圖像等形式呈現在投影屏幕上，把學生的眼、耳、腦等器官充分調動起來，使學生在直觀的環境中牢固地掌握知識，培養學生的觀察力、想象力。同時，利用多媒體還可以“解剖”復雜的實驗儀器，讓學生了解儀器的組成、結構特點和使用原理，使學生對常見儀器的使用有深刻的了解。例如“邁克爾遜干涉儀的調整與使用”這個實驗中，我們可以用攝像機與計算機相結合的方法，以錄像形式清楚地介紹邁克爾遜干涉儀的具體構造，逐個展示儀器的各個部件，演示每個調節部件的調節方法、注意事項及讀數方法。
2.演示動態變化過程，使抽象的過程形象化
許多物理實驗雖然可以用實物儀器做，但物理過程速度極快，現象極為微小，學生無法觀察其中的奧妙所在。以“彈性碰撞”演示實驗為例，碰撞是一個在極短時間內完成的物理過程，實驗中學生只能看到碰撞前后的情況，碰撞過程學生難以認識。運用多媒體技術可以延長碰撞過程的時間，通過多媒體的定格慢放，可以清晰地觀察彈性碰撞的物體從接觸、擠壓、變形、產生彈力，然后變形逐漸消失，彈性逐漸減少，最后恢復原狀，到兩物體分離的整個過程。整個過程既形象生動，又能揭示物理的本質。
3.再現微觀世界，提供形象感知
許多微觀結構和微觀現象無法觀察，演示實驗也難以完成。傳統教學中只能靠教師板書和語言進行講授，學生普遍感到印象不深，難以理解。應用多媒體技術配合教學，可以起到良好的效果。例如“粒子散射”實驗，由于受條件限制做不了這種實驗，就可以將粒子散射的實驗現象通過多媒體技術顯示出來。學生可以觀察到放射源中射出的粒子射到金箔原子上，絕大多數粒子沿原方向前進，少數粒子發生較大偏轉，極個別的粒子甚至被彈回來。這樣學生在實驗條件不具備的情況下仍可通過多媒體親眼目睹粒子散射的情景，增強感性認識，加深理解，提高學習能力。
二、仿真物理實驗
仿真物理實驗，是利用計算機強大的數據處理能力，通過理論模型復現實際的系統進行模擬實驗，得到相關的數據和結果，驗證理論模型的正確性。
計算機仿真實驗并不能代替學生做真實的實驗。然而，目前在物理實驗教學中，由于實驗儀器復雜、精密和昂貴，往往不能允許學生自行設計實驗參數、反復調整儀器，這對學生剖析儀器性能和結構、理解實驗的設計思想和方法是很不利的。計算機仿真實驗可在相當程度上彌補實驗教學上這方面的缺憾。
仿真物理實驗，可以改變傳統實驗中枯燥的教學方式，使教學更形象、生動；可以節約教學成本，不斷更新、優化教學資源；可以讓學生模擬操作訓練，通過人機交互過程獲得操作技能；可以模擬實際中很難實現或無法實現的操作環境，完成實際中無法實現進行的實驗項目。
我們正在使用的《大學物理仿真實驗》軟件，基本上涵蓋了我們開設的所有實驗。除此之外，還包含一些我們沒有開設或者無法開設的實驗，可以讓學生在計算機上進行模擬實驗操作。其中的真空實驗，可以很好地表現仿真實驗與實際操作相比的'優越性。因為真空系統容易因錯誤操作而造成事故，學生做真空實驗時老師總是把實驗步驟講得很清楚，不允許學生隨便操作，這樣不但限制了學生的主動性、積極性，而且不能使他們從錯誤中吸取教訓，難以深刻掌握真空實驗的精髓。使用仿真實驗軟件可以很好地解決這個問題，它允許學生犯各種各樣的錯誤，學生通過模擬訓練，可以充分認識真空系統的各個部件，明白各個操作步驟為什么要這樣做以及不這樣做的危害性, 從而真正掌握實驗的精髓。
三、多媒體實驗
仿真實驗具有功能全、成本低、效率高等諸多優越性能，但它畢竟不能完全替代實物實驗。因此出現了一種含有仿真效果的實物實驗或者說是含有實物的仿真實驗，可稱其為多媒體實驗。利用計算機替代采集測試分析儀器，所有的測量儀器主要功能可由“數據采集”、“數據分析”和“結果輸出”等三大部分組成，用一定的硬件系統完成數據采集，用基于計算機的軟件系統完成數據分析和結果輸出。這樣可以使用相同的硬件系統，通過不同的軟件實現功能完全不同的各種測量。目前，越來越多的實驗開始利用計算機來進行數據采集、數據分析，最終輸出結果。
例如，在“高溫超導轉變溫度測量實驗”中，將高溫超導轉變溫度測定儀主機與計算機連接起來，使用配套的專用軟件可實時記錄樣品的超導轉變曲線。對于記錄下的曲線，可以進行存盤、打印等操作，也可刪除及重新開始記錄，在計算機采樣的時候，我們可以通過選擇不同的顏色來區分降溫和升溫的曲線；在計算機記錄完畢后，可以通過鼠標的點擊來顯示曲線上每一點的坐標值，橫坐標的溫度值可直接顯示對應的溫度，不需要查表。這樣可以利用計算機物理量轉換快速、存儲方便、計時準確等優點，省時、省力、直觀地記錄超導轉變的全過程。
四、實驗后的數據處理
做完實驗后，通常需要對直接測得的實驗結果進行數據處理，處理過程可以使用計算機，包括利用Matlab、Origin等數據處理軟件或者利用計算機高級語言編寫程序等。
Matlab軟件是一套高性能的數值計算和可視化軟件，它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，因此可用于物理實驗后的數據處理。與其他的計算機高級語言相比，具有十分明顯的優點：
(1)操作和使用方法非常簡單。
(2)豐富的內部函數能夠解決許多基本運算。
(3)強大的圖形功能可以用圖形的方式表達計算結果，編程直觀簡潔。
Origin軟件不僅包括計算、統計、直線和曲線擬合等各種完善的數據分析功能，而且提供了幾十種二維和三維繪圖模板，它采用直觀的、圖形化的、面向對象的窗口菜單和工具欄操作。用Origin 處理物理實驗數據，不用編程，只要輸入測量數據，然后再選擇相應的菜單命令，點擊相應的工具按鈕即可。
參考文獻：
[1]胡曉波,李琰,王艷芳. 計算機仿真技術在實驗教學中的應用.實驗室科學, 2007,（2）： 121-124.
[2]沈元華.計算機在普物實驗教學中的應用.實驗室研究與探索, 2002, 21(4)： 10-12.
[3]張大中.計算機在實驗教學中的應用探討. 實驗室研究與探索, 2004, 23(9)： 9-12.
[4]熊萬杰,黃振中.用Origin軟件處理物理實驗數據.大學物理實驗, 2004, 17(2)： 65-67.
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