MATLAB在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用分析

馬磊

【摘要】物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)任何物理概念、定律，都需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。物理學(xué)的突破也需要利用實(shí)驗(yàn)技術(shù)完成。通過物理實(shí)驗(yàn)不僅可以幫助學(xué)生樹立正確的物理觀念，也可以深入的理解物理規(guī)律。本文主要對(duì)于MATLAB在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用進(jìn)行系統(tǒng)的論述，從而對(duì)于相關(guān)的研究提供理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】MATLAI 高校物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中利用MATLAB，可以促進(jìn)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，獲得良好的學(xué)習(xí)效果。MATLAB具有良好的計(jì)算功能和圖形功能，有利于開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也會(huì)變得更加生動(dòng)。在高校物理實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中利用MATLAB圖像，可以促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，獲得明顯的教學(xué)應(yīng)用效果，通過實(shí)踐可以明確，利用MATLAB可以為高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更多的便利之處。

1.概述MATLAB

MATLAB屬于一種簡(jiǎn)便的工程計(jì)算語言，MATLAB具備矩陣處理和運(yùn)算功能以及豐富的圖形功能，在當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用和科學(xué)領(lǐng)域都利用了MATLAB。MATLAB結(jié)合了數(shù)值分析和矩陣運(yùn)算以及信號(hào)處理等，使用者可以利用豐富的庫函數(shù)和各種工具箱，這樣就不會(huì)再受到底層編程強(qiáng)大的工作壓力，實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算結(jié)果的可視化，轉(zhuǎn)化使用者的抽象思維為形象思維，這樣有利于更深入理解相關(guān)概念。在教學(xué)當(dāng)中利用MATLAB，可以調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以直觀的理解課程內(nèi)容，并且可以實(shí)時(shí)出來實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。MATLAB自身具備很多優(yōu)點(diǎn)，工程技術(shù)人眼和科技專家都喜歡利用MATLAB完成工作。在當(dāng)今很多領(lǐng)域都開始利用MATLAB，在很多高校當(dāng)中，也要求本科生、研究生必須要要掌握MATLAB軟件。

2.高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

因?yàn)閭鹘y(tǒng)教育思想的影響，再加上教育經(jīng)費(fèi)不夠充足，很多高校不夠重視物理實(shí)驗(yàn)課程。物理實(shí)驗(yàn)課程體系多年來都沒有改變，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏時(shí)代信息，利用的教學(xué)模式和教學(xué)方法比較落后，缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，這樣一來，高校物理實(shí)驗(yàn)課程就無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展需求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式都是固定的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也太過陳舊，利用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法也太過死板，通常都是由教師安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器，教師給出實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟，甚至還設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)表格，這種教學(xué)方式無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在這個(gè)過程中學(xué)生不需要開洞腦筋，只是被動(dòng)的按照步驟完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，無法激發(fā)學(xué)生的思維發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。這就需要教師利用MATLAB，改革高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.MATLAB在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用

3.1利用MATLAB制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件

教師在講解基礎(chǔ)物理學(xué)的過程中，需要在黑板上作圖，但是做出來的圖總是不夠準(zhǔn)確，此外還浪費(fèi)教學(xué)時(shí)間。因此可以利用MATLAB制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，可以改變圖形參數(shù)，建立具體的數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生自己去觀察圖形產(chǎn)生的變化，這樣有利于學(xué)生深入的理解知識(shí)。例如在光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，這次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵內(nèi)容就是讓學(xué)生學(xué)會(huì)調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器，可以捕捉到光學(xué)現(xiàn)象，并且可以準(zhǔn)確的觀察測(cè)量。在調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器的過程中，很多光學(xué)現(xiàn)象都很難進(jìn)行控制，而且這些光學(xué)現(xiàn)象只是短暫的出現(xiàn)，同時(shí)還存在假象和虛像，在這些因素的干擾下，獲得的實(shí)驗(yàn)教學(xué)總是不夠理想。利用MAT-LAB作為演示平臺(tái)，對(duì)于光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行模擬，可以將上述問題全部解決。例如實(shí)踐單縫衍射實(shí)驗(yàn)，可以利用MATLAB編程，將衍射現(xiàn)象演示出來，給予模型不同的數(shù)據(jù)，就可以獲得在不同縫寬條件下產(chǎn)生的各種衍射結(jié)果，從而掌握衍射條紋的實(shí)際變化規(guī)律，幫助學(xué)生可以了解實(shí)驗(yàn)效果。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)和MATLAB軟件，可以為學(xué)生提供直觀的物理現(xiàn)象，幫助學(xué)生掌握物理現(xiàn)象和規(guī)律，同時(shí)還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的思維。

3.2在實(shí)驗(yàn)仿真方面利用MATLAB

利用MATLAB軟件可以建立數(shù)學(xué)模型，并且可以將其中的參數(shù)進(jìn)行改變。這樣一來學(xué)生可以直接觀測(cè)圖形變化。更好的理解知識(shí)。例如在分析單自由度阻尼系統(tǒng)的阻尼系數(shù)對(duì)于固有振動(dòng)模式的影響的過程中，可以利用MATLAB求解，并且畫出波形變化。

實(shí)際上后一組曲線就是系統(tǒng)脈沖過渡函數(shù)，脈沖激勵(lì)可以形成一個(gè)單位初速度為v0，那么最終得到的波形就是脈沖過渡函數(shù)。

MATLAB利用指令，可以在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中利用信息技術(shù)，將傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行整合，這樣可以對(duì)于高校物理實(shí)驗(yàn)發(fā)揮出輔助作用，學(xué)生可以獲得基本技能訓(xùn)練和基本實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)也可以在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中利用信息技術(shù)獲得良好的物理實(shí)驗(yàn)教效果。

3.3在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面利用MATLAB

數(shù)據(jù)處理方法在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)揮著非常重要的作用。如果利用手工處理數(shù)據(jù)，那么只能對(duì)于線性關(guān)系發(fā)揮效果，并且處理效率非常低，還會(huì)出現(xiàn)人為誤差。利用Excel和計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程工具等，相關(guān)操作不夠便利，編程過程又比較復(fù)雜，因此無法在實(shí)際教學(xué)當(dāng)中利用。一些學(xué)生想獲得正確的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，去隨意改變數(shù)據(jù)，這樣一來就無法客觀處理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失去意義。而MAT-LAB可以提供大量的科學(xué)計(jì)算函數(shù)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)處理數(shù)據(jù)插值和曲線擬合等各種問題。

結(jié)束語：在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中利用MATLAB，可以模擬實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)的盲目性，也會(huì)減少儀表儀器的損壞，此外還可以學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。