淺談計算機在物理實驗中的應用

王棟

摘要：物理實驗是高等工科院校的一門必修基礎課，是樹立學生工程意識、培養學生實踐和創新能力，提高學生綜合素質的重要環節。在物理實驗教學中利用計算機技術，能夠實現良性互動的物理實驗教學模式，構成開放性教學環境，使抽象理論直觀化，還能提高實驗精度及效率。本文結合簡單的實例對計算機在物理實驗中的應用進行了分析探討。

關鍵詞：物理實驗；計算機輔助教學；應用物理實驗是高等工科院校的一門必修基礎課，是樹立學生工程意識、培養學生實踐和創新能力，提高學生綜合素質的重要環節。近年來以計算機技術的發展，為物理實驗教學提供了新的手段。將計算機技術應用于物理實驗教學，可以改變傳統的實驗教學模式，構建開放的學習環境，豐富教學內容，改進教學方式和手段，提高學生的學習興趣，提高教學效果和學生的綜合素質，不斷提高實驗物理教學質量。

1改變傳統教學模式，形成師生良性互動機制

首先通過教師指導下的虛擬實驗設計和學生自主學習活動的設計, 可充分發揮在物理實驗教學過程中教師的主導作用和學生的主體作用。其次計算機仿真的交互性使實驗教學系統能夠為學生提供必要的反饋，學生的學習可自主地、個性化地實現。第三利用校園網平臺，學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表自己的看法，參與討論，學生可獲得更多的學習交流機會，且教師也便于了解學生的學習動態。從而改變了傳統的以教師為中心的物理實驗教學模式，實現了師生良性互動的物理實驗教學模式。

2構成開放性教學環境，方便學生自主學習

一是通過網上預習，增強預習效果。學生對物理實驗的預習是順利完成實驗的重要環節。以前學生預習實驗，主要通過學習教材來掌握實驗原理、熟悉實驗儀器、了解實驗內容，這種方法缺乏直觀形象性，實際效果不好。采用CAI課件，在校園網上進行遠程教學，通過直觀形象的展示和給學生充分的思考和分析時間，使學生可充分消化實驗內容，有助于達到良好的課前預習效果。二是計算機仿真物理實驗教學，可以實現教材、方法、時間和空間等方面的開放性，使學生可以自行設計和選擇實驗方式，給學生充分發揮想象力的空間。三是計算機仿真物理實驗教學可以設計以學生探索為主的模式，允許學生探索和建構虛擬環境，充分發揮學生的直覺思維能力、創造思維能力和實際的創造力。

3變抽象為直觀，便于學生對知識的理解掌握

一是在物理實驗中，有些復雜、抽象、不便直接觀察現象，學生不易理解和掌握，通過計算機模擬實驗，將那些抽象、枯燥、難懂的學習內容以生動形象的形式表現出來, 可便于學生對知識的理解和掌握。二是模擬過程，利于學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，學生做實驗也比較輕松，但實驗蘊涵了復雜的光波變換過程，學生對實驗原理和處理問題的方法模糊不清。借助于計算機模擬動態折線迷你光線在單層薄膜系統的多次折返，通過顏色的深淺表現經薄膜吸收后光波能量的衰減，用動態曲線模擬光波經過起偏器，波片，薄膜系統，檢偏器后，光偏振狀態的變化，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吸引力，激發學生的學校興趣，幫助學生消化理解實驗內容。三是現在的實驗儀器大部分都是“黑匣子”商品儀，如霍爾效應測試儀，霍爾效應實驗儀器等，學生對實驗儀器的內部結構，試驗路線的聯接很難了解。通過計算機模擬實驗可以顯示實驗儀器的內部結構及線路的聯接，使學生對實驗儀器結構和功能一目了然。

4計算機采集處理實驗數據，提高實驗效率和精度

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

5用計算機檢查實驗數據，批改實驗報告

在大學物理實驗中，有許多數據繁雜的實驗，學生作完實驗后，教師要快速檢查實驗結果是否正確，是一項時間緊，要求高的工作。并且大學物理實驗是基礎實驗課，教師面對上千名學生的實驗報告，完成這一工作要占用大量時間，利用計算機及其數據處理軟件，由學生自己根據計算機屏幕上出現的提示輸入自己在實驗中獲得的相關數據，計算機可顯示出實驗數據是否合格，需不需要重做，這樣既減輕了教師的工作量，又監督了一些學生做實驗的不認真，想蒙蔽過關的現象。同時調動學生了學習的積極性，達到了量化的考核目的。

6結束語

利用計算機輔助物理實驗教學克服了物理實驗中的諸多問題，有助于學生更好的理解物理概念和規律，有利于培養學生運用現代科學解決實際問題的能力，有利于開拓學生眼界、拓寬思路，提高學生的學習興趣。

[參考文獻]

[1]張學娥.計算機在大學物理實驗教學中的應用.重慶郵電學院學報（社會科學版）[J].2004，4.

[2]周燕.虛擬仿真技術在大學物理實驗教學中的應用.合肥工業大學學報（社會科學版）[J].2008,10.