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校基礎(chǔ)性必修課程之一，其在培養(yǎng)學生創(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，能全面提高實驗效率及精度。接下來，本文將詳細論述計算機模擬在物理實驗中的應(yīng)用，以期促進物理實驗教學活動的順利開展。

關(guān)鍵詞：計算機模擬；物理實驗；應(yīng)用

中圖分類號:G633.7

文獻標志碼：A

文章編號：2095-9214(2015)09-0080-01

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及多媒體教學環(huán)境的建設(shè)，計算機技術(shù)為物理實驗教學提供了新的教學方式。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模式，提高學生學習興趣、豐富物理實驗教學內(nèi)容，提高物理實驗教學質(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、原子核的鏈式反應(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)到學生面前，使學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)方式可以為學生提供有趣、生動、形象的實驗過程，進一步豐富學生表象，對學生想象力、實踐能力的培養(yǎng)也起到了重要作用。另外，計算機技術(shù)可以為學生提供個別化的學習模式，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，進而提高物理實驗教學效率。計算機模擬實驗教學還能在實驗教學課時總數(shù)不變的情況下，進一步豐富實驗教學資源。另外，計算機網(wǎng)絡(luò)與計算機模擬實驗相互結(jié)合，能夠有效完成遠程模擬實驗室學習，在這種環(huán)境下，學生可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨時隨地地進行實驗學習，與其他人員分享教學資源、學習心得，進而為實驗環(huán)節(jié)奠定良好學習基礎(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)物理實驗教學存在的弊端，一方面能夠有效提高物理實驗教學質(zhì)量、教學效率，進一步拓寬學生的知識面、提升學生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學生學習物理的積極性。

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)方式進行非周期過程研究，實驗過程完成后，通過計算機方式詳細分析、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)進行實驗教學

大學物理實驗內(nèi)容比較廣泛，但是，實驗課時有限。因此，在傳統(tǒng)物理實驗教學中經(jīng)常采用填鴨式教學方式，只能讓學生按照課本內(nèi)容進行學習，學生所獲得的理論均為課本上的數(shù)據(jù)，無法讓學生接觸到實驗操作與實驗學習。利用計算機多媒體技術(shù)進行實驗教學能夠充分鍛煉學生的創(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)的教學模式不能直觀地表達給學生。通過計算機教學方式，能夠?qū)⒊橄髢?nèi)容具體化，讓學生獲得更多的數(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，進而讓學生全面觀察、了解、掌握。計算機技術(shù)中的flash、powerpoint等軟件，可以讓學生科學、近距離接觸物理實驗。通過計算機技術(shù)讓學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)教學模塊將物理實驗、物理教學內(nèi)容制作成網(wǎng)絡(luò)課件，上傳到網(wǎng)絡(luò)上，方便學生課下的交流學習。

2.利用多媒體技術(shù)進行教學管理

由于受到物理實驗室教學設(shè)備、環(huán)境限制，教師需要手工登記學生的出勤情況、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)進行教學管理，可以方便地記錄學生的各種信息，全面提高教學效率。利用計算機多媒體技術(shù)進行教學管理，應(yīng)加強系統(tǒng)軟件開發(fā)與研究力度，結(jié)合實驗教學的特殊性，積極選擇科學軟件，進一步提高教學有效性。

結(jié)語

綜上所述，計算機技術(shù)在物理實驗教學中應(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，促進物理實驗教學的順利開展。

(作者單位：阿勒泰廣播電視大學)

參考文獻:

鮑軍委.計算機在物理實驗教學中的應(yīng)用與矛盾.大學物理實驗，2014(02)

霍劍青，王曉蒲.大學物理實驗信息化教學與物理實驗教學方法的研究.中國大學教學，2013(05)

傅敏學，張連芳，劉瀅瀅.開設(shè)計算機數(shù)據(jù)采集系列實驗提升物理實驗技術(shù)水平.實驗技術(shù)與管理，2012(04)

周燕.虛擬仿真技術(shù)在大學物理實驗教學中的應(yīng)用.合肥工業(yè)大學學報(社會科學版)，2013(10)