大學(xué)物理教學(xué)方法改革——Matlab的妙用

包秀麗　林琳

摘 要：本文結(jié)合Matlab語(yǔ)言的特點(diǎn)，對(duì)大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)應(yīng)用matlab模擬，使一些物理現(xiàn)象直觀的觀察到，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)物理并非枯燥乏味，而是一種樂(lè)趣，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，達(dá)到教學(xué)改革的目的。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理 改革 MATLAB

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0214-01

大學(xué)物理是理工科院校學(xué)生必修的一門(mén)基礎(chǔ)課，一般在大一的下學(xué)期開(kāi)設(shè)，這時(shí)學(xué)生雖然有一定的數(shù)學(xué)基本知識(shí)，但由于物理教學(xué)仍停留在理論的層次上，繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，讓學(xué)生感覺(jué)到大學(xué)物理的理論性太強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用偏離很大，這導(dǎo)致一部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)物理的興趣，這一現(xiàn)象引起物理教師的對(duì)如何講授大學(xué)物理做了一系列的探索改革，主要在教學(xué)方法上、教學(xué)內(nèi)容上以及教學(xué)手段上都做了相應(yīng)的改革方式，關(guān)于大學(xué)物理改革方法的文章也很多，如閆玉麗撰寫(xiě)的關(guān)于大學(xué)物理教學(xué)改革的思考[1]，管薇的工科大學(xué)物理教學(xué)改革的思考[2]，張明霞淺談大學(xué)物理教學(xué)改革[3]等等。

如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，給我們提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力，如mathematic、matlab等具有計(jì)算能力并有作圖功能的軟件被引入到物理教學(xué)當(dāng)中，尤其是matlab，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成一個(gè)方便、界面友好的用戶環(huán)境[4]。大學(xué)物理課程中有許多抽象、復(fù)雜的物理規(guī)律和現(xiàn)象，用傳統(tǒng)的方法講授會(huì)使教學(xué)受到一定的限制。本文結(jié)合matlab語(yǔ)言特點(diǎn)，對(duì)大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)運(yùn)用matlab模擬，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)大學(xué)物理的樂(lè)趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

1 Matlab在大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的模擬應(yīng)用

1.1 Matlab在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中的應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)剛剛進(jìn)入大學(xué)校園的大一學(xué)生來(lái)說(shuō)，既熟悉又陌生，內(nèi)容上都接觸過(guò)，但計(jì)算方法是大學(xué)學(xué)過(guò)的微積分，看似多了這么一點(diǎn)，給學(xué)生卻帶來(lái)很大的困擾。一部分學(xué)生由于微積分沒(méi)學(xué)好，感覺(jué)物理難學(xué)，還有的學(xué)生覺(jué)得是高中的知識(shí)，簡(jiǎn)單，對(duì)大學(xué)物理也不夠重視，等等原因，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)大學(xué)物理失去興趣。如果我們?cè)谡n堂上，能用其他的方法解決同樣的問(wèn)題，會(huì)收到很好的效果。

這里舉一簡(jiǎn)單的例子，用Matlab模擬一下斜拋運(yùn)動(dòng)。圖1是拋體的射程和射高與拋出角之間的關(guān)系。從圖1中我們可以直觀的看出，拋出角是銳角時(shí)，射高隨拋出角的增大而增大，而射程是先隨拋出角增大而增大，然后隨拋出角增大而減小。

1.2 Matlab在聲學(xué)中的應(yīng)用

Matlab在機(jī)械振動(dòng)方面的模擬應(yīng)用也有很多，比如宿剛等寫(xiě)的《Matlab在大學(xué)物理課程教學(xué)中的應(yīng)用》[5]，代紅權(quán)所撰寫(xiě)的教學(xué)論文《Matlab在物理教學(xué)上的一些輔助應(yīng)用》[6]等等，論文里所列舉的Matlab的應(yīng)用實(shí)例，在這里就不在重復(fù)了，我們都可以把這些引入到物理課堂上，讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)物理能夠開(kāi)闊他們的視野，體會(huì)到物理與現(xiàn)實(shí)處處接軌。比如多普勒效應(yīng)可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上、移動(dòng)通信和交通上、農(nóng)業(yè)和氣象等等方面，下面給出多普勒在聲學(xué)一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。火車人人熟悉，而火車從遠(yuǎn)而近時(shí)其汽笛聲變響，音調(diào)變尖，相反地，火車從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低這其中的原理未必有人去探究，實(shí)際上這就是一種多普勒效應(yīng)。現(xiàn)在用Matlab模擬一下。如圖2上半部分是聲源信號(hào)的波形圖，下半部分是觀測(cè)者接收到信號(hào)的波形圖。從圖2中可以很清楚的知道，觀測(cè)者接收到的波像是被壓縮了，很明顯，其頻率大于波源發(fā)出的信號(hào)頻率。這樣給學(xué)生講火車汽笛聲的變化就很容易理解，易被學(xué)生接受。

2 結(jié)論

Matlab在大學(xué)物理其它方面的應(yīng)用也很多，光學(xué)、熱學(xué)以及電磁學(xué)，我們都可以適當(dāng)?shù)囊隡atlab，比如光學(xué)中的楊氏雙縫干涉、牛頓環(huán)等，熱學(xué)中的麥克斯韋速率分布，電磁學(xué)中電偶極子的電場(chǎng)以及電勢(shì)分布、電流環(huán)的磁場(chǎng)分布等，都可以用Matlab進(jìn)行模擬演示。總之，巧妙的利用Matlab，不僅對(duì)大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容甚至教學(xué)手段都做到了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)物理的積極主動(dòng)性得到了提高，對(duì)教師來(lái)講，不斷的去探索教學(xué)改革，達(dá)到提高大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]閆玉麗.大學(xué)物理教學(xué)改革的思考[J].教學(xué)研究，2011（6下）.

[2]管薇.工科大學(xué)物理教學(xué)改革的思考[J].新課程研究，2012（4中旬）.

[3]張明霞.淺談大學(xué)物理教學(xué)改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（9）.

[4]王沫然.MATLAB與科學(xué)計(jì)算[M].電子工業(yè)出版社，2003，9.

[5]宿剛，鄭敏章，叢令梅.MATLABb在大學(xué)物理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，6.

[6]代紅權(quán).MATLAB在物理教學(xué)上的一些輔助應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（12）.