計(jì)算機(jī)編程在工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望

張 鵬 蘇 婷 蘇關(guān)東 李智健

(1中國(guó)石油大學(xué)(北京) a理學(xué)院, b石油工程學(xué)院, c化學(xué)工程學(xué)院，北京 102249;2西安工程大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710048)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)處理大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力日益增強(qiáng)，從大規(guī)模數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值信息的能力日益提高。人類(lèi)逐漸步入到大數(shù)據(jù)時(shí)代，而工科物理[1]作為培養(yǎng)工科人才的基礎(chǔ)學(xué)科，理應(yīng)緊隨時(shí)代的發(fā)展，緊跟科技發(fā)展的步伐，培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)、符合社會(huì)需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

在工程知識(shí)體系上層學(xué)科的知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)方面，作為處于基礎(chǔ)地位的一門(mén)學(xué)科，工科物理無(wú)疑提供了強(qiáng)大的底層支持。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)與理論課程緊密結(jié)合的必修課[2,3]，本文以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)常用于物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的編程語(yǔ)言進(jìn)行歸納總結(jié)來(lái)展示編程語(yǔ)言的優(yōu)劣，并進(jìn)行對(duì)比，以便使學(xué)生結(jié)合自身專(zhuān)業(yè)所需，合理地學(xué)習(xí)和使用編程語(yǔ)言，更高效地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，教師可以得到實(shí)驗(yàn)教學(xué)值得借鑒的方法，并引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中合理使用計(jì)算機(jī)編程。此外，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革亦可得到一定的啟發(fā)，以利于培養(yǎng)新時(shí)期應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

1 計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用形式多樣，主要包括應(yīng)用編程對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行可視化仿真，實(shí)驗(yàn)輔助平臺(tái)的開(kāi)發(fā)[4,5]，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[6,7]以及高效進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等等。本文僅對(duì)計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討，因?yàn)闊o(wú)論是實(shí)驗(yàn)輔助平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，還是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大多都以教師為主體和中心。教師通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)采集系統(tǒng)，雖然可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂效率，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，但是對(duì)提高學(xué)生能力卻沒(méi)有相對(duì)顯著的作用；而應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則不同，通過(guò)教師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，學(xué)生可以結(jié)合在計(jì)算機(jī)課程所學(xué)的知識(shí)和自身的優(yōu)勢(shì)，使用計(jì)算機(jī)編程處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)新，并進(jìn)行學(xué)術(shù)論文創(chuàng)作和發(fā)表[8]，這是以學(xué)生為中心的。因此，不僅能夠使得學(xué)生從繁重的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中解放出來(lái)，提高課堂效率，還能提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。同時(shí)，在指導(dǎo)論文創(chuàng)作的過(guò)程中，學(xué)生無(wú)形中進(jìn)行了初步的科研訓(xùn)練，科研素養(yǎng)因此提升，也有利于成長(zhǎng)為創(chuàng)新性人才。在物理實(shí)驗(yàn)課程中處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，引入計(jì)算機(jī)編程，若再對(duì)學(xué)生們進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼撐牡膶?xiě)作和發(fā)表的指導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的雙豐收。

從計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用對(duì)象來(lái)看，用計(jì)算機(jī)編程處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)主要是需要采集的數(shù)據(jù)條目繁多，數(shù)據(jù)量大[8,9]，數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，需要進(jìn)行不確定度評(píng)定[8,10,11]的實(shí)驗(yàn)。最典型的例子是密立根油滴實(shí)驗(yàn)、落球法測(cè)蓖麻油黏度實(shí)驗(yàn)[8]等。下文將對(duì)常見(jiàn)的應(yīng)用于處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的編程語(yǔ)言的適用性進(jìn)行歸納總結(jié)和優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比，以供學(xué)生根據(jù)實(shí)際需要，結(jié)合自身興趣進(jìn)行學(xué)習(xí)和選用。

1.1 Visual Basic

Visual Basic語(yǔ)言簡(jiǎn)稱(chēng)VB，顧名思義，它源于Basic語(yǔ)言，在Basic語(yǔ)言的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮目梢暬幊潭妹Ｓ肰isual Basic語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)可視化程序界面十分容易，只需在主界面上添加控件，再利用Visual Basic語(yǔ)言的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，編寫(xiě)后臺(tái)處理數(shù)據(jù)的程序代碼即可。例如，在密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)量元電荷的實(shí)驗(yàn)中，使用Visual Basic來(lái)編寫(xiě)界面處理程序的界面如圖1[12]所示。

圖1 密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)界面[12]

由圖1可知，該學(xué)者使用VB編寫(xiě)了處理密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可視化用戶(hù)交互界面。該界面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理后數(shù)據(jù)導(dǎo)出及可視化作圖的功能，比較適合不懂編程語(yǔ)言的學(xué)生使用。但是，程序界面中的“TextBox”控件較多，即，在用戶(hù)使用的過(guò)程中需要輸入的數(shù)據(jù)較多，過(guò)程繁瑣，此缺點(diǎn)不容忽視。當(dāng)代大學(xué)生大部分具有編程基礎(chǔ)，可以利用程序語(yǔ)言的文件讀寫(xiě)機(jī)制編寫(xiě)將數(shù)據(jù)文件直接導(dǎo)入的程序以便使用。同時(shí)，對(duì)于程序開(kāi)發(fā)者而言，他們?cè)诳梢暬缑婢帉?xiě)的過(guò)程中，如果需要編寫(xiě)的控件過(guò)多，則會(huì)增加編程的工作量。很多時(shí)候，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都以表格的形式呈現(xiàn)，而在Visual Basic中編寫(xiě)表格則需要使用多個(gè)“TextBox”控件，因此，這給我們帶來(lái)的是復(fù)雜的可視化界面排版工作，以及重復(fù)的后臺(tái)程序編寫(xiě)工作。

1.2 Excel-VBA

VBA全稱(chēng)為Visual Basic for Application，顧名思義，即為VB語(yǔ)言在應(yīng)用軟件中的改進(jìn)版本[13,14]。它的語(yǔ)法風(fēng)格與VB十分相似，掌握了VB語(yǔ)言就可以快速地掌握VBA語(yǔ)言。在office系列辦公軟件中，Word、PPT、Excel中均可以作為VBA編程的平臺(tái)，但是由于Excel是office系列軟件中主要用于處理數(shù)據(jù)的軟件，所以在Excel平臺(tái)使用VBA編程處理數(shù)據(jù)相對(duì)方便常見(jiàn)。相對(duì)于VB，VBA具有更加簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn),它借助Excel的平臺(tái)，可以通過(guò)后臺(tái)編碼來(lái)調(diào)用Excel中內(nèi)置的函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理。例如，使用VBA處理落球法測(cè)蓖麻油粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的程序界面和運(yùn)行結(jié)果分別如圖2、圖3所示。

由圖2可見(jiàn)，該學(xué)者僅僅在Excel界面中添加了一個(gè)“數(shù)據(jù)處理”控件，通過(guò)點(diǎn)擊該控件，便可自動(dòng)化處理單元格中的“小球直徑”“下落時(shí)間”等一系列的數(shù)據(jù)，最后可彈出圖3的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了在Excel表格內(nèi)部使用程序?qū)?shù)據(jù)的處理，而不需要像VB那樣，先輸入數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和程序在物理上的統(tǒng)一，邏輯上的分離，相對(duì)于使用VB的文件操作功能讀取Excel[7]、Origin中的數(shù)據(jù)，避免了操作過(guò)程中數(shù)據(jù)不透明的弊端，降低了出現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)亂碼、錯(cuò)位等問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能避免用程序處理完數(shù)據(jù)后，還要用Excel[15]或者Origin[16]對(duì)程序處理過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理以及可視化的繁雜。

1.3 C/C++

C語(yǔ)言和C++都是運(yùn)行速度頂尖的高級(jí)語(yǔ)言，二者的區(qū)別主要是：C語(yǔ)言是面向過(guò)程的語(yǔ)言；而C++則是在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上添加了類(lèi)而形成的面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。C語(yǔ)言面向過(guò)程的特性可以耦合絕大部分物理量的求解過(guò)程，適合用于涉及對(duì)象單一、過(guò)程復(fù)雜程度低的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理；而C++面向?qū)ο蟮奶匦詣t與人類(lèi)從物理學(xué)的角度認(rèn)知客觀存在的物體的過(guò)程一致，因而可以很好地反映物體與物體之間的作用關(guān)系，適合涉及對(duì)象相對(duì)較多、過(guò)程復(fù)雜程度相對(duì)較高的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。C語(yǔ)言和C++處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有邏輯清晰、運(yùn)行效率高和運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì)[18]，十分適合用于復(fù)雜的不確定度的計(jì)算和處理。用C語(yǔ)言處理落球法測(cè)量粘滯阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的DOS界面窗口如圖4所示[8]。

圖2 VBA處理落球法測(cè)蓖麻油黏度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的程序界面[17]

圖3 VBA處理落球法測(cè)蓖麻油粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果[17]

圖4 落球法測(cè)量黏滯阻力程序的DOS界面窗口[8]

由圖4可以看出，該程序主要通過(guò)DOS命令窗口來(lái)與程序內(nèi)部的算法進(jìn)行交互，如果輸入錯(cuò)誤則需要重新輸入，這會(huì)增加數(shù)據(jù)處理的工作量。除了文獻(xiàn)[8]使用的DOS交互進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入外，它還可以使用程序的文件讀寫(xiě)機(jī)制來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，但是，在文件讀寫(xiě)時(shí)，對(duì)文件的格式、文件內(nèi)數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)都有嚴(yán)格的要求，這容易造成數(shù)據(jù)與程序?qū)?yīng)不上帶來(lái)的最終結(jié)果的錯(cuò)誤，對(duì)用戶(hù)不友好，適合有較好編程基礎(chǔ)的學(xué)生使用。還有，在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，文件的讀寫(xiě)操作是非重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)此掌握得往往不夠扎實(shí)，因此，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力便顯得重要了。此外，C和C++默認(rèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是靜態(tài)的，若使用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，則需要增加代碼量，而使用Java可以避免這些工作量。

1.4 Java

Java語(yǔ)言是目前最流行的語(yǔ)言之一，除了上文提及的它對(duì)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)可以減少代碼量以外，它還有諸多優(yōu)勢(shì)。例如，Java語(yǔ)言在eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中處理密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)程序的運(yùn)行結(jié)果如圖5所示[19]。

由圖5可知，該學(xué)者將數(shù)據(jù)直接寫(xiě)進(jìn)了代碼里，即用戶(hù)直接與程序內(nèi)部的代碼進(jìn)行交互。但是，對(duì)于不懂Java語(yǔ)言的用戶(hù)而言，他們?cè)谑褂眠^(guò)程中容易造成對(duì)代碼的錯(cuò)誤修改，這不利于代碼的安全。

圖5 Java語(yǔ)言編程處理密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)程序的運(yùn)行結(jié)果[19]

然而，Java語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)重視。和C++一樣，Java是面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言，它以最簡(jiǎn)潔的方式實(shí)現(xiàn)了C++的所有功能，但在運(yùn)行速度上不如前者。相對(duì)于VB，使用Java編程處理數(shù)據(jù)時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定是否編寫(xiě)圖形用戶(hù)界面，而不必囿于圖形界面，編程效率高。此外，Java強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程功能更是具有廣闊的應(yīng)用前景，且可移植性強(qiáng)。

1.5 Python

Python語(yǔ)言是一種動(dòng)態(tài)的面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言，語(yǔ)法簡(jiǎn)潔清晰、高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)效率高、具有跨平臺(tái)和開(kāi)源等優(yōu)勢(shì)[20]，但是它也與Java一樣，在運(yùn)行速度上稍遜于C/C++。隨著Python在科學(xué)計(jì)算上的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，目前版本的Python提供了開(kāi)源的用于圖形用戶(hù)界面編寫(xiě)和科學(xué)計(jì)算的程序庫(kù)。例如，用于生成可視化界面的WxPython[20]，用于科學(xué)計(jì)算的SciPy、NumPy和用于畫(huà)圖matplotlib等[20-22]，十分便于用于物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和處理結(jié)果的可視化。Python處理牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖6所示[21]。

圖6 Python處理牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果[21]

由圖6可見(jiàn)，與VB一樣，該學(xué)者通過(guò)GUI編程設(shè)計(jì)了用于數(shù)據(jù)處理的可視化界面。界面中具有大量需要輸入的數(shù)據(jù)，其缺點(diǎn)和VB界面的程序設(shè)計(jì)類(lèi)似，此處不再贅述。

1.6 小結(jié)

綜上所述，不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言各有優(yōu)缺點(diǎn)，爭(zhēng)論孰優(yōu)孰劣并無(wú)太大的意義，掌握清楚各語(yǔ)言的優(yōu)劣勢(shì)的目的是可以根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的具體情況具體分析。在適宜使用編程方法來(lái)處理數(shù)據(jù)的前提下，選擇最適合處理該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行處理。

學(xué)生無(wú)論是選用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還是在教師引導(dǎo)下使用編程方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，都應(yīng)該充分考慮到自身編程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)的需求。例如，對(duì)于將來(lái)可能用到Java語(yǔ)言[23,24]來(lái)解決本專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的學(xué)生，則推薦教師引導(dǎo)其進(jìn)行Java語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，提高能力，為學(xué)好專(zhuān)業(yè)課打好基礎(chǔ)。

同時(shí)，教師應(yīng)該結(jié)合對(duì)學(xué)生在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言上的熟悉程度和自身的計(jì)算機(jī)編程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，因材施教，將計(jì)算機(jī)編程的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去。

2 計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)中的前景展望及其教學(xué)啟示

2.1 前景展望

計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，且相關(guān)學(xué)術(shù)論文作者群體重心有由高校實(shí)驗(yàn)教師向在校學(xué)生偏移的趨勢(shì)。

首先，編程課程的普及為學(xué)生提供能力基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)高度發(fā)展的時(shí)代背景之下，計(jì)算機(jī)編程的教育在高校中，尤其是在理工科專(zhuān)業(yè)中，也越來(lái)越重要了。這為學(xué)生使用編程的方式來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了能力基礎(chǔ)，符合時(shí)代的發(fā)展背景。

其次，一個(gè)長(zhǎng)久不變的規(guī)律是：繁瑣的計(jì)算必然會(huì)催生新型的數(shù)據(jù)處理方式。許多經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)，例如密立根油滴實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面涉及的物理量多，數(shù)據(jù)量大，處理過(guò)程復(fù)雜。學(xué)生在課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程中，由于覺(jué)得運(yùn)算量大且運(yùn)算過(guò)程枯燥乏味，因而產(chǎn)生了運(yùn)用編程方法來(lái)處理數(shù)據(jù)以便提高效率的想法。

此外，大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)為編程處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為科技創(chuàng)新成果提供了平臺(tái)。目前的高校中舉行著一系列與物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)和比賽，例如，科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽和“挑戰(zhàn)杯”等。物理實(shí)驗(yàn)除了對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)也是一個(gè)重要的方面。參加比賽的作品除了實(shí)物外，往往還以論文和專(zhuān)利的形式出現(xiàn)，因此使得該類(lèi)論文的許多作者群體是在校大學(xué)生。同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些優(yōu)秀的期刊都開(kāi)設(shè)有專(zhuān)屬于大學(xué)生的欄目，例如：《大學(xué)物理》和《物理與工程》等雜志開(kāi)設(shè)的大學(xué)生園地欄目，為大學(xué)生切實(shí)提高創(chuàng)新能力和科研水平提供了更好的平臺(tái)。

2.2 教學(xué)啟示

目前，中國(guó)石油大學(xué)(北京)正在進(jìn)行工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證和 “雙一流”大學(xué)建設(shè)，將計(jì)算機(jī)編程引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中并在此基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)術(shù)論文寫(xiě)作發(fā)表的指導(dǎo)，這無(wú)疑是一個(gè)很好的切入點(diǎn)。

2014年11月13日，教育部發(fā)布了中國(guó)第一份《中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告》，從多視角多層次多維度呈現(xiàn)中國(guó)工程教育質(zhì)量[25]。其中，社會(huì)需求適應(yīng)度是一個(gè)重要的指標(biāo)。社會(huì)無(wú)疑是需要應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的，特別是對(duì)于工科這一應(yīng)用類(lèi)學(xué)科而言。編程能力是應(yīng)用型、創(chuàng)新型工科人才應(yīng)具備的一項(xiàng)重要能力[26-28]。由于工程師在工程實(shí)踐中需要建立相應(yīng)的工程模型來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，而工程模型需要真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，貼近于生產(chǎn)實(shí)際，因此相對(duì)于理想化的理論模型，工程模型需要考慮的影響因素眾多，它的求解往往需要用到數(shù)值方法，而編程能力則是工程師在工程實(shí)踐中應(yīng)用數(shù)值方法解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)；此外工程實(shí)踐具有可重復(fù)性，工程實(shí)踐過(guò)程中可以編制相關(guān)的應(yīng)用軟件來(lái)輔助工程設(shè)計(jì)并減輕工程師的工作負(fù)擔(dān)，而編制相應(yīng)的工程軟件，編程能力必不可少。在工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引入計(jì)算機(jī)編程，這可以提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程解決物理學(xué)中遇到的問(wèn)題的能力，進(jìn)而拓展到工科專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

2015年11月05日，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》明確指出[29]：“培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，提升科學(xué)研究水平”，工科物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程都應(yīng)該承擔(dān)起應(yīng)有的責(zé)任。工科物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在很多理工科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中的定位都是基礎(chǔ)必修課程，然而，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在應(yīng)試教育導(dǎo)向的教育體系下不受重視。此外，教學(xué)安排和課程考核設(shè)置的不合理，導(dǎo)致本應(yīng)該提高學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等的實(shí)驗(yàn)課程沒(méi)有起到應(yīng)有的作用，而學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力的提高，對(duì)研究生階段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新卻十分重要。

理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算方法是現(xiàn)代進(jìn)行科學(xué)研究的三大方法和手段，物理學(xué)與之對(duì)應(yīng)地按照研究方法來(lái)分類(lèi)衍生出三大分支：理論物理、實(shí)驗(yàn)物理和計(jì)算物理。然而現(xiàn)狀是：許多研究生在實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)動(dòng)手能力差、設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的能力缺乏的現(xiàn)象，物理實(shí)驗(yàn)課程的低效率是原因之一。此外，將編程的方法引入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中，學(xué)生對(duì)三大主流的研究方法可以進(jìn)行宏觀把握，對(duì)其產(chǎn)生初步的認(rèn)識(shí)，這為將來(lái)創(chuàng)新提供了有效的方法論。

在此基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行論文寫(xiě)作和發(fā)表的指導(dǎo)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一大途徑。論文是反映科研工作者科技創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)水平的重要指標(biāo)，雖然在編程基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)處理類(lèi)的論文創(chuàng)新性有限，但是這對(duì)于本科生而言卻是一個(gè)很好的訓(xùn)練過(guò)程和實(shí)踐平臺(tái)。

在論文寫(xiě)作和論文修改過(guò)程中，對(duì)學(xué)生在撰寫(xiě)論文過(guò)程中的規(guī)范訓(xùn)練，不但可以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的基本素養(yǎng)和提高學(xué)生論文寫(xiě)作的能力，還可以使學(xué)生在文獻(xiàn)調(diào)研和論文寫(xiě)作等基本的科研過(guò)程中，深入理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理并借鑒經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)方法，從而提高他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂蒲心芰Γ淮送猓?在此過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)術(shù)道德可以使他們成長(zhǎng)為德才兼?zhèn)涞摹半p一流”人才，避免走入學(xué)術(shù)不端的歧途。

3 結(jié)論與展望

總結(jié)了Visual Basic、C語(yǔ)言、Java等在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用較為廣泛的編程語(yǔ)言的優(yōu)劣勢(shì)，為學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)課程中合理選擇編程語(yǔ)言處理數(shù)據(jù)提供了一定的指導(dǎo)，也為教師正確引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了參考，同時(shí)提出了鼓勵(lì)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)編程的方法處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的教學(xué)方法和手段。

計(jì)算機(jī)編程在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在這一發(fā)展背景下，我們提出一些在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中引入計(jì)算機(jī)編程的建議：以計(jì)算機(jī)編程為基礎(chǔ)，并把它在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用作為起點(diǎn)，向工科專(zhuān)業(yè)課輻射，循序漸進(jìn)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才；以指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文為途徑，培養(yǎng)創(chuàng)新型德才兼?zhèn)涞摹半p一流”人才，為工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證和“雙一流”大學(xué)的建設(shè)助力。