計算機在物理實驗教學及管理中的應用論文

計算機在物理實驗教學及管理中的應用論文

　　大學物理實驗課是一門重要的素質教育課程。把具有海量存儲、精確計算、快速反應、逼真模擬、智能交互等優點的計算機引入實驗教學及管理之中，是實驗教學及管理改革和升級素質教育的重要內容。計算機所具有的明顯優勢，使得它在物理實驗教學及管理中有著廣泛的應用。

　　1.計算機在物理實驗教學中的應用

　　1.1緒論課的計算機輔助教學

　　物理實驗緒論課內容包括：誤差理論、實驗數據處理、物理實驗基本測量方法和基本調整技術。該緒論課內容繁多，學時較少，用傳統的粉筆、黑板難以表達得形象、具體。而利用計算機輔助緒論課教學，老師可通過制作的緒論課電子教案和多媒體課件，以文字、圖表、圖片、動畫、聲音等集成的方式向學生清晰展示課堂內容，使學生不再覺得抽象和單調。利用計算機輔助緒論課教學，大大提高了授課效率，因而老師還可以增加諸如物理學史、著名物理學家、著名物理實驗等小專題的介紹，這樣既開闊了學生的視野，又激發了學生的學習熱情，使授課質量顯著提高。

　　1.2計算機輔助實驗

　　計算機輔助實驗是指在實驗中利用計算機輔助進行數據采集、數據處理、結果顯示等。比如，在光學綜合實驗中，傳統的實驗方法只是定地在屏幕上觀察光的單縫、雙縫、光柵衍射的圖像，無法得到光強分布。而利用CCD作為接收器件，用計算機實時采集、處理干涉及衍射光強分布的實驗數據，在計算機屏幕上實時顯示出光強的分布，使實驗更加直觀具體，對學生具有強烈的吸引力。其它如氫原子光譜、驗證相對論動量一動能關系等實驗，也是實現計算機輔助實驗的范例。在教學實踐中，利用計算機及相關器件對傳統實驗進行改造，也是實現計算機輔助實驗的重要途徑。

　　1.3計算機數值模擬實驗

　　計算機數值模擬實驗是在計算機中進行的實驗，它是利用計算機對實驗對象的數學模型進行數值模擬實驗，以求得對實物原型系統規律性認識的一種實驗方法。如色散的研究、光的多普勒效應等，都可通過計算機數值模擬實驗來實現。在實驗教學中，可選擇適當難度的系統或模型作為研究實例，讓學生通過建立物理模型，確立模型求解的初值、邊值條件和求解方法，編寫程序在計算機上實現數值求解，達到掌握計算機數值模擬實驗基本方法的目的。

　　1.4多媒體演示實驗

　　在實驗教學中，利用多媒體進行實驗的演示，是計算機輔助教學的重要內容。利用多媒體可以演示儀器的操作、實驗的過程和實驗的結果等，還可以在實驗演示之前和之后，以多媒體交互的方式充分展示實驗的背景資料、實驗原理、儀器分析、測量方法、數據處理、問題分析、實驗報告等內容。特別地，對于一些復雜的實驗，實驗室不具備實驗的條件，多媒體演示實驗則可以彌補儀器設備的不足。

　　1.5多媒體虛擬實驗

　　多媒體虛擬實驗的實現要應用虛擬現實技術。簡單地說，虛擬現實技術是指通過多媒體技術展示的立體信息傳播技術。它以高性能計算機為內核和驅動，結合傳感器技術、光電子技術，并利用人們認知心理等組合創建出虛擬環境系統，人們可以沉浸于其中，并與之交互作用。仿真性、交互性、人工性和沉浸性是虛擬現實的主要特征。

　　虛擬實驗技術追求的是要創造一種虛擬的“真實性”，因此虛擬現實技術的應用使多媒體虛擬實驗不再是一個理想化的過程。多媒體虛擬實驗運用逼真的聲像技術反映實驗對象及其過程，用強大的數據處理能力分析實驗過程的數量關系，最后用直觀的形式將實驗結果展現出來，如偏振光研究的多媒體虛擬實驗。

　　多媒體演示實驗是一種“定性”的計算機模擬實驗，而多媒體虛擬實驗則可以說是一種“定量”的計算機模擬實驗。多媒體虛擬實驗是一種高度仿真的計算機模擬實驗。飛行訓練模擬器就是一個最好的應用。

　　2.計算機在物理實驗教學管理中的應用

　　物理實驗教學管理主要包括對實驗設備、實驗室工作人員、學生信息、學生實驗成績等信息的管理。依靠開發的軟件系統，利用計算機可以很方便地對這些項目進行管理。

　　2.1實驗設備管理

　　對實驗設備進行管理需要掌握各種儀器的使用狀況、數量、價格、存放地點及實驗設備的資產總值，及時記錄儀器借出、歸還、增添、淘汰等情況。實驗設備實現了計算機管理，就可以隨機查詢各項統計工作，準確無誤地完成上報任務；并且能方便、全面地把握各儀器設備的配置狀況，為制定儀器設備規劃和年度計劃、合理分配設備費和材料費提供依據。

　　2.2實驗室工作人員管理

　　實驗室工作人員范圍是指編制在實驗室的教師、實驗技術人員、管理人員、工人等。實驗室工作人員管理主要是對該類人員的基本情況及發表論文著作情況，獲獎情況等，進行數據的分析處理工作；把上述情況的準確數據輸入計算機，就可以通過計算機實現對數據的各種管理功能。2.3學生信息管理

　　學生信息以學生的基本情況為主，另外還可包括學生實驗課表現以及借用或損壞實驗室儀器的情況等。2.4學生實驗成績管理老師對學生的各個實驗成績進行及時的評定并輸入計算機，期末進行成績統計并上報教務部門。

　　3.實驗教學及管理的網絡化

　　物理實驗的計算機輔助教學及管理網絡化，是緊跟時代步伐實現教學現代化的一個重要途徑。建立物理實驗教學及管理網站，學生利用校園網就可以對實驗教學內容進行課前預習和課后復習，使教學內容在時間和空間上得到延伸。針對實驗教學內容，學生和老師還可以在網上進行充分的探討與交流。這樣的網絡化是物理實驗教學及管理的一種新模式。

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