计算机在物理实验教学中的应用论文
[摘要]本文分析了计算机在物理实验教学中的应用，其应用主要包括：多媒体教学，仿真物理实验，多媒体实验，实验后的数据处理等几个方面。由于计算机可以帮助解决传统实验中难以解决的问题，因此受到越来越多的欢迎。
[关键词]物理实验教学 多媒体教学 仿真物理实验 多媒体实验
目前，计算机在高等教育中发挥着越来越重要的作用，其在物理实验教学中的应用也越来越受到重视。笔者查阅了大量的文献资料，并结合自己的教学实践，对计算机在物理实验教学中的应用进行了研究。计算机在物理实验教学中的应用大体可分为以下几个方面。
一、多媒体教学
多媒体教学作为现代化教学的重要形式，以其独特的优势受到越来越多的欢迎，它以生动的图象、视频、动画、声音等手段创设情境，变静为动，变抽象为直观，调动了学生的积极性，丰富了课堂教学内容，提高了教学效果。
1.演示静态内容，充分调动学生感官
利用多媒体，可以将实验内容按一定的结构，用文字图像等形式呈现在投影屏幕上，把学生的眼、耳、脑等器官充分调动起来，使学生在直观的环境中牢固地掌握知识，培养学生的观察力、想象力。同时，利用多媒体还可以“解剖”复杂的实验仪器，让学生了解仪器的组成、结构特点和使用原理，使学生对常见仪器的使用有深刻的了解。例如“迈克尔逊干涉仪的调整与使用”这个实验中，我们可以用摄像机与计算机相结合的方法，以录像形式清楚地介绍迈克尔逊干涉仪的具体构造，逐个展示仪器的各个部件，演示每个调节部件的调节方法、注意事项及读数方法。
2.演示动态变化过程，使抽象的过程形象化
许多物理实验虽然可以用实物仪器做，但物理过程速度极快，现象极为微小，学生无法观察其中的奥妙所在。以“弹性碰撞”演示实验为例，碰撞是一个在极短时间内完成的物理过程，实验中学生只能看到碰撞前后的情况，碰撞过程学生难以认识。运用多媒体技术可以延长碰撞过程的时间，通过多媒体的定格慢放，可以清晰地观察弹性碰撞的物体从接触、挤压、变形、产生弹力，然后变形逐渐消失，弹性逐渐减少，最后恢复原状，到两物体分离的整个过程。整个过程既形象生动，又能揭示物理的本质。
3.再现微观世界，提供形象感知
许多微观结构和微观现象无法观察，演示实验也难以完成。传统教学中只能靠教师板书和语言进行讲授，学生普遍感到印象不深，难以理解。应用多媒体技术配合教学，可以起到良好的效果。例如“粒子散射”实验，由于受条件限制做不了这种实验，就可以将粒子散射的实验现象通过多媒体技术显示出来。学生可以观察到放射源中射出的粒子射到金箔原子上，绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转，极个别的粒子甚至被弹回来。这样学生在实验条件不具备的情况下仍可通过多媒体亲眼目睹粒子散射的情景，增强感性认识，加深理解，提高学习能力。
二、仿真物理实验
仿真物理实验，是利用计算机强大的数据处理能力，通过理论模型复现实际的系统进行模拟实验，得到相关的数据和结果，验证理论模型的正确性。
计算机仿真实验并不能代替学生做真实的实验。然而，目前在物理实验教学中，由于实验仪器复杂、精密和昂贵，往往不能允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器，这对学生剖析仪器性能和结构、理解实验的设计思想和方法是很不利的。计算机仿真实验可在相当程度上弥补实验教学上这方面的缺憾。
仿真物理实验，可以改变传统实验中枯燥的教学方式，使教学更形象、生动；可以节约教学成本，不断更新、优化教学资源；可以让学生模拟操作训练，通过人机交互过程获得操作技能；可以模拟实际中很难实现或无法实现的操作环境，完成实际中无法实现进行的实验项目。
我们正在使用的《大学物理仿真实验》软件，基本上涵盖了我们开设的所有实验。除此之外，还包含一些我们没有开设或者无法开设的实验，可以让学生在计算机上进行模拟实验操作。其中的真空实验，可以很好地表现仿真实验与实际操作相比的'优越性。因为真空系统容易因错误操作而造成事故，学生做真空实验时老师总是把实验步骤讲得很清楚，不允许学生随便操作，这样不但限制了学生的主动性、积极性，而且不能使他们从错误中吸取教训，难以深刻掌握真空实验的精髓。使用仿真实验软件可以很好地解决这个问题，它允许学生犯各种各样的错误，学生通过模拟训练，可以充分认识真空系统的各个部件，明白各个操作步骤为什么要这样做以及不这样做的危害性, 从而真正掌握实验的精髓。
三、多媒体实验
仿真实验具有功能全、成本低、效率高等诸多优越性能，但它毕竟不能完全替代实物实验。因此出现了一种含有仿真效果的实物实验或者说是含有实物的仿真实验，可称其为多媒体实验。利用计算机替代采集测试分析仪器，所有的测量仪器主要功能可由“数据采集”、“数据分析”和“结果输出”等三大部分组成，用一定的硬件系统完成数据采集，用基于计算机的软件系统完成数据分析和结果输出。这样可以使用相同的硬件系统，通过不同的软件实现功能完全不同的各种测量。目前，越来越多的实验开始利用计算机来进行数据采集、数据分析，最终输出结果。
例如，在“高温超导转变温度测量实验”中，将高温超导转变温度测定仪主机与计算机连接起来，使用配套的专用软件可实时记录样品的超导转变曲线。对于记录下的曲线，可以进行存盘、打印等操作，也可删除及重新开始记录，在计算机采样的时候，我们可以通过选择不同的颜色来区分降温和升温的曲线；在计算机记录完毕后，可以通过鼠标的点击来显示曲线上每一点的坐标值，横坐标的温度值可直接显示对应的温度，不需要查表。这样可以利用计算机物理量转换快速、存储方便、计时准确等优点，省时、省力、直观地记录超导转变的全过程。
四、实验后的数据处理
做完实验后，通常需要对直接测得的实验结果进行数据处理，处理过程可以使用计算机，包括利用Matlab、Origin等数据处理软件或者利用计算机高级语言编写程序等。
Matlab软件是一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，因此可用于物理实验后的数据处理。与其他的计算机高级语言相比，具有十分明显的优点：
(1)操作和使用方法非常简单。
(2)丰富的内部函数能够解决许多基本运算。
(3)强大的图形功能可以用图形的方式表达计算结果，编程直观简洁。
Origin软件不仅包括计算、统计、直线和曲线拟合等各种完善的数据分析功能，而且提供了几十种二维和三维绘图模板，它采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作。用Origin 处理物理实验数据，不用编程，只要输入测量数据，然后再选择相应的菜单命令，点击相应的工具按钮即可。
参考文献：
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