談計算機在物理實驗教學中的應用

李勇（湖南人文科技學院，湖南 婁底　417000）

談計算機在物理實驗教學中的應用

李勇
（湖南人文科技學院，湖南 婁底417000）

本文將會具體分析計算機技術在物理實驗教學中的應用，計算機技術在物理實驗中有著很多重要的應用，并且能夠解決傳統實驗中難以解決的問題。本文將會從計算機技術在物理實驗教學中包括仿真物理實驗，多媒體實驗，實驗后的數據處理等幾個方面的應用進行探討，進一步分析計算機在物理實驗教學中的重要性。

物理實驗教學；多媒體教學；仿真物理實驗；多媒體實驗

當前，計算機在高等教育中應用范圍越來越廣，從最基本的課件展示、多媒體教學動畫的制作，再到基于計算機軟硬件平臺搭建的物理仿真實驗等等，其在物理實驗教學中的應用也越來越受到重視。目前，對于計算機在物理實驗教學中的研究文獻較多，本文將結合相關的文獻資料以及自身的教學實踐，對計算機在物理實驗教學中的應用進行研究。

一、多媒體教學

多媒體教學已經成為現代化教學中的重要形式，多媒體教學能夠改變傳統課堂的枯燥乏味，其能夠以生動的圖像、視頻、動畫、聲音等多種手段進行情景的創設，進一步提升教學內容的生動性、直觀性，并且能夠充分的調動學生的積極性，促進教學目標的實現。

（一）演示靜態內容，充分調動學生感官。

利用多媒體技術，可以在投影儀屏幕上將實驗內容按照一定的結構、順序，用文字和圖像等形式對實驗過程、實驗結果進行直觀、生動的展現，從而充分的調動學生的感官，讓學生能夠在直觀的環境中掌握知識，培養學生的觀察力、想象力。

利用多媒體技術，還能夠對一些復雜的實驗過程以及實驗儀器進行分解，如通過對實驗儀器的圖像、視頻展示，可以讓學生對實驗中常用的儀器的結構特點和使用原理有一定的了解。例如在“邁克爾遜干涉儀的調整與使用”這個實驗，由于實驗儀器不足以及其他因素的限制，就可以借助于攝像機和計算機相結合的方式，以視頻的方式對邁克爾遜干涉儀的結構部件進行展示，并且演示每個調節部件的調節方法、注意事項及讀數，從而讓學生掌握邁克爾遜干涉儀的用途及使用方法。

（二）演示動態變化過程，使抽象的過程形象化。

我們知道，一些物理規律以及物理概念都需要通過相關的物理實驗過程才能夠更為直觀的發現，而物理實驗雖然可以用實物儀器去做，但有些物理過程極快，現象極為微小，促使學生不能夠在短時間內發現其中的物理知識。以“彈性碰撞”演示實驗為例，物體的碰撞過程在一個極短的實踐內就會完成，在進行該實驗時學生也僅僅能夠看到物體碰撞前后的情況。由于碰撞過程過于短暫，學生就無法觀察到物體碰撞過程中所發生的物理現象，但是通過多媒體延時技術，采用定格慢放的方式，就能夠直觀的演示出碰撞物體從接觸、擠壓、變形、產生彈力，然后變形消失，彈力變小，恢復原狀，到兩個物體分開的全部過程。整個過程直觀生動，有助于物理本質的發現。

（三）再現微觀世界，提供形象感知。

對于物理學中一些微觀的物理現象以及微觀結構，很多物理實驗過程也是難以展現。傳統教學中，僅能靠教師板書和語言的將手，由于物理知識的抽象性和酷造型，教師講完后往往不能夠給學生留下比較深刻的印象，并且不能夠完全理解教師所講授的內容。應用多媒體技術進行配合教學，就能夠彌補傳統教學中的不足。如在“粒子散射”的實驗中，受到條件的限制，可能在學校實驗室無法完成這種實驗，此時就可以利用多媒體技術對粒子散射的實驗現象顯示出來。學生可以通過觀察多媒體演示過程、發現放射源射出

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，即便不能夠真實的完成“粒子散射”的實驗過程，但學生同樣可以通過多媒體親眼目睹粒子散射的過程，提升學生感性認識、加強學生對一些微觀物理原理的理解，提升學生能力。

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、運算能力，基于物理理論模型對實際系統復現進行模擬實驗，而得到相關數據和結果，最終驗證物理理論模型的正確性。

計算機仿真實驗并不能代替學生進行真實的物理實驗，但在物理實驗教學過程中，由于學校實驗器材復雜、精密、昂貴等因素的限制，促使教學在進行實驗教學時，不能允許學生對實驗參數自行設計，也不能隨便的對儀器的結構進行調整。這樣的實驗過程，不能夠讓學生深刻的剖析儀器的性能以及結構，也不利于學生在實驗中對物理規律的發現。計算機仿真實驗，可以在一定程度上彌補在實驗教學中這方面的不足。

仿真物理實驗，不僅可以改變原有的傳統實驗的枯燥的教學方式，而且學生能夠在模擬仿真物理實驗中對一些物理實驗過程中參數進行自主設計，讓仿真實驗過程變得更有趣，學生也可以通過反復或者以不同的方法進行物理實驗，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，從而發現并深刻了解其中所蘊含的物理學知識。在物理實驗教學中，我們常用的軟件——《大學物理仿真實驗》軟件，其中基本涵蓋了我們所能夠開設的所有條件，這其中也包括我們在現實環境中沒有開設或者無法開設的實驗。

三、多媒體實驗

相對于實際的實驗過程來說，仿真實驗具有成本低、功能全、效率高等諸多優點，但是它并不能代替實物實驗。我們可以將利用計算機技術實現利用含有仿真效果的實物實驗或者說含有實物的仿真實驗稱之為多媒體實驗。利用計算機來進行數據的采集分析，所有測量儀器主要功能可由“數據采集”、“數據分析”和“結果輸出”等三部分組成，采用物理實驗中所必備的硬件系統進行數據的采集，在利用基于計算機軟件系統完成數據的分析和結果輸出。這種多媒體實驗，可以實現利用同樣的硬件系統，通過計算機不同的軟件實現功能完全不同的測量，由于計算機系統的方便性、高效率，已經有很多物理實驗中開始利用計算機進行數據采集、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，為獲得高溫超導轉變曲線，可以將高溫超導轉變溫度測試儀主機與計算機相連，在利用配套的專用軟件對超導轉變曲線進行記錄。在計算機進行數據采樣過程中，我們也可以利用不同顏色對降溫和升溫曲線進行明顯區分。計算機記錄采樣完畢后，利用鼠標選取曲線任一點，就可以觀察出某一點的坐標值，不需要再另外查表獲得數值。這種方式可以大大的提高物理實驗教學的效率，并且能夠讓學生直觀的了解抽象的物理學知識。

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