谈计算机在物理实验教学中的应用

李勇（湖南人文科技学院，湖南 娄底　417000）

谈计算机在物理实验教学中的应用

李勇
（湖南人文科技学院，湖南 娄底417000）

本文将会具体分析计算机技术在物理实验教学中的应用，计算机技术在物理实验中有着很多重要的应用，并且能够解决传统实验中难以解决的问题。本文将会从计算机技术在物理实验教学中包括仿真物理实验，多媒体实验，实验后的数据处理等几个方面的应用进行探讨，进一步分析计算机在物理实验教学中的重要性。

物理实验教学；多媒体教学；仿真物理实验；多媒体实验

当前，计算机在高等教育中应用范围越来越广，从最基本的课件展示、多媒体教学动画的制作，再到基于计算机软硬件平台搭建的物理仿真实验等等，其在物理实验教学中的应用也越来越受到重视。目前，对于计算机在物理实验教学中的研究文献较多，本文将结合相关的文献资料以及自身的教学实践，对计算机在物理实验教学中的应用进行研究。

一、多媒体教学

多媒体教学已经成为现代化教学中的重要形式，多媒体教学能够改变传统课堂的枯燥乏味，其能够以生动的图像、视频、动画、声音等多种手段进行情景的创设，进一步提升教学内容的生动性、直观性，并且能够充分的调动学生的积极性，促进教学目标的实现。

（一）演示静态内容，充分调动学生感官。

利用多媒体技术，可以在投影仪屏幕上将实验内容按照一定的结构、顺序，用文字和图像等形式对实验过程、实验结果进行直观、生动的展现，从而充分的调动学生的感官，让学生能够在直观的环境中掌握知识，培养学生的观察力、想象力。

利用多媒体技术，还能够对一些复杂的实验过程以及实验仪器进行分解，如通过对实验仪器的图像、视频展示，可以让学生对实验中常用的仪器的结构特点和使用原理有一定的了解。例如在“迈克尔逊干涉仪的调整与使用”这个实验，由于实验仪器不足以及其他因素的限制，就可以借助于摄像机和计算机相结合的方式，以视频的方式对迈克尔逊干涉仪的结构部件进行展示，并且演示每个调节部件的调节方法、注意事项及读数，从而让学生掌握迈克尔逊干涉仪的用途及使用方法。

（二）演示动态变化过程，使抽象的过程形象化。

我们知道，一些物理规律以及物理概念都需要通过相关的物理实验过程才能够更为直观的发现，而物理实验虽然可以用实物仪器去做，但有些物理过程极快，现象极为微小，促使学生不能够在短时间内发现其中的物理知识。以“弹性碰撞”演示实验为例，物体的碰撞过程在一个极短的实践内就会完成，在进行该实验时学生也仅仅能够看到物体碰撞前后的情况。由于碰撞过程过于短暂，学生就无法观察到物体碰撞过程中所发生的物理现象，但是通过多媒体延时技术，采用定格慢放的方式，就能够直观的演示出碰撞物体从接触、挤压、变形、产生弹力，然后变形消失，弹力变小，恢复原状，到两个物体分开的全部过程。整个过程直观生动，有助于物理本质的发现。

（三）再现微观世界，提供形象感知。

对于物理学中一些微观的物理现象以及微观结构，很多物理实验过程也是难以展现。传统教学中，仅能靠教师板书和语言的将手，由于物理知识的抽象性和酷造型，教师讲完后往往不能够给学生留下比较深刻的印象，并且不能够完全理解教师所讲授的内容。应用多媒体技术进行配合教学，就能够弥补传统教学中的不足。如在“粒子散射”的实验中，受到条件的限制，可能在学校实验室无法完成这种实验，此时就可以利用多媒体技术对粒子散射的实验现象显示出来。学生可以通过观察多媒体演示过程、发现放射源射出

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，即便不能够真实的完成“粒子散射”的实验过程，但学生同样可以通过多媒体亲眼目睹粒子散射的过程，提升学生感性认识、加强学生对一些微观物理原理的理解，提升学生能力。

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、运算能力，基于物理理论模型对实际系统复现进行模拟实验，而得到相关数据和结果，最终验证物理理论模型的正确性。

计算机仿真实验并不能代替学生进行真实的物理实验，但在物理实验教学过程中，由于学校实验器材复杂、精密、昂贵等因素的限制，促使教学在进行实验教学时，不能允许学生对实验参数自行设计，也不能随便的对仪器的结构进行调整。这样的实验过程，不能够让学生深刻的剖析仪器的性能以及结构，也不利于学生在实验中对物理规律的发现。计算机仿真实验，可以在一定程度上弥补在实验教学中这方面的不足。

仿真物理实验，不仅可以改变原有的传统实验的枯燥的教学方式，而且学生能够在模拟仿真物理实验中对一些物理实验过程中参数进行自主设计，让仿真实验过程变得更有趣，学生也可以通过反复或者以不同的方法进行物理实验，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，从而发现并深刻了解其中所蕴含的物理学知识。在物理实验教学中，我们常用的软件——《大学物理仿真实验》软件，其中基本涵盖了我们所能够开设的所有条件，这其中也包括我们在现实环境中没有开设或者无法开设的实验。

三、多媒体实验

相对于实际的实验过程来说，仿真实验具有成本低、功能全、效率高等诸多优点，但是它并不能代替实物实验。我们可以将利用计算机技术实现利用含有仿真效果的实物实验或者说含有实物的仿真实验称之为多媒体实验。利用计算机来进行数据的采集分析，所有测量仪器主要功能可由“数据采集”、“数据分析”和“结果输出”等三部分组成，采用物理实验中所必备的硬件系统进行数据的采集，在利用基于计算机软件系统完成数据的分析和结果输出。这种多媒体实验，可以实现利用同样的硬件系统，通过计算机不同的软件实现功能完全不同的测量，由于计算机系统的方便性、高效率，已经有很多物理实验中开始利用计算机进行数据采集、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，为获得高温超导转变曲线，可以将高温超导转变温度测试仪主机与计算机相连，在利用配套的专用软件对超导转变曲线进行记录。在计算机进行数据采样过程中，我们也可以利用不同颜色对降温和升温曲线进行明显区分。计算机记录采样完毕后，利用鼠标选取曲线任一点，就可以观察出某一点的坐标值，不需要再另外查表获得数值。这种方式可以大大的提高物理实验教学的效率，并且能够让学生直观的了解抽象的物理学知识。

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