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        談計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

        2016-11-29 09:31:52李勇湖南人文科技學(xué)院湖南婁底417000
        人間 2016年14期
        關(guān)鍵詞:多媒體教學(xué)計(jì)算機(jī)多媒體

        李勇(湖南人文科技學(xué)院,湖南 婁底 417000)

        談計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

        李勇
        (湖南人文科技學(xué)院,湖南 婁底417000)

        本文將會具體分析計(jì)算機(jī)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中有著很多重要的應(yīng)用,并且能夠解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中難以解決的問題。本文將會從計(jì)算機(jī)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中包括仿真物理實(shí)驗(yàn),多媒體實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理等幾個方面的應(yīng)用進(jìn)行探討,進(jìn)一步分析計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要性。

        物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);多媒體教學(xué);仿真物理實(shí)驗(yàn);多媒體實(shí)驗(yàn)

        當(dāng)前,計(jì)算機(jī)在高等教育中應(yīng)用范圍越來越廣,從最基本的課件展示、多媒體教學(xué)動畫的制作,再到基于計(jì)算機(jī)軟硬件平臺搭建的物理仿真實(shí)驗(yàn)等等,其在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用也越來越受到重視。目前,對于計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究文獻(xiàn)較多,本文將結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)資料以及自身的教學(xué)實(shí)踐,對計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

        一、多媒體教學(xué)

        多媒體教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代化教學(xué)中的重要形式,多媒體教學(xué)能夠改變傳統(tǒng)課堂的枯燥乏味,其能夠以生動的圖像、視頻、動畫、聲音等多種手段進(jìn)行情景的創(chuàng)設(shè),進(jìn)一步提升教學(xué)內(nèi)容的生動性、直觀性,并且能夠充分的調(diào)動學(xué)生的積極性,促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

        (一)演示靜態(tài)內(nèi)容,充分調(diào)動學(xué)生感官。

        利用多媒體技術(shù),可以在投影儀屏幕上將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照一定的結(jié)構(gòu)、順序,用文字和圖像等形式對實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀、生動的展現(xiàn),從而充分的調(diào)動學(xué)生的感官,讓學(xué)生能夠在直觀的環(huán)境中掌握知識,培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、想象力。

        利用多媒體技術(shù),還能夠?qū)σ恍?fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分解,如通過對實(shí)驗(yàn)儀器的圖像、視頻展示,可以讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中常用的儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用原理有一定的了解。例如在“邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用”這個實(shí)驗(yàn),由于實(shí)驗(yàn)儀器不足以及其他因素的限制,就可以借助于攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方式,以視頻的方式對邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行展示,并且演示每個調(diào)節(jié)部件的調(diào)節(jié)方法、注意事項(xiàng)及讀數(shù),從而讓學(xué)生掌握邁克爾遜干涉儀的用途及使用方法。

        (二)演示動態(tài)變化過程,使抽象的過程形象化。

        我們知道,一些物理規(guī)律以及物理概念都需要通過相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)過程才能夠更為直觀的發(fā)現(xiàn),而物理實(shí)驗(yàn)雖然可以用實(shí)物儀器去做,但有些物理過程極快,現(xiàn)象極為微小,促使學(xué)生不能夠在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)其中的物理知識。以“彈性碰撞”演示實(shí)驗(yàn)為例,物體的碰撞過程在一個極短的實(shí)踐內(nèi)就會完成,在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時學(xué)生也僅僅能夠看到物體碰撞前后的情況。由于碰撞過程過于短暫,學(xué)生就無法觀察到物體碰撞過程中所發(fā)生的物理現(xiàn)象,但是通過多媒體延時技術(shù),采用定格慢放的方式,就能夠直觀的演示出碰撞物體從接觸、擠壓、變形、產(chǎn)生彈力,然后變形消失,彈力變小,恢復(fù)原狀,到兩個物體分開的全部過程。整個過程直觀生動,有助于物理本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。

        (三)再現(xiàn)微觀世界,提供形象感知。

        對于物理學(xué)中一些微觀的物理現(xiàn)象以及微觀結(jié)構(gòu),很多物理實(shí)驗(yàn)過程也是難以展現(xiàn)。傳統(tǒng)教學(xué)中,僅能靠教師板書和語言的將手,由于物理知識的抽象性和酷造型,教師講完后往往不能夠給學(xué)生留下比較深刻的印象,并且不能夠完全理解教師所講授的內(nèi)容。應(yīng)用多媒體技術(shù)進(jìn)行配合教學(xué),就能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足。如在“粒子散射”的實(shí)驗(yàn)中,受到條件的限制,可能在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室無法完成這種實(shí)驗(yàn),此時就可以利用多媒體技術(shù)對粒子散射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯示出來。學(xué)生可以通過觀察多媒體演示過程、發(fā)現(xiàn)放射源射出

        的粒子射到金箔原子上,絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn),少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),極個別的粒子甚至被彈回來。這樣,即便不能夠真實(shí)的完成“粒子散射”的實(shí)驗(yàn)過程,但學(xué)生同樣可以通過多媒體親眼目睹粒子散射的過程,提升學(xué)生感性認(rèn)識、加強(qiáng)學(xué)生對一些微觀物理原理的理解,提升學(xué)生能力。

        二、仿真物理實(shí)驗(yàn)

        仿真物理實(shí)驗(yàn)。是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算能力,基于物理理論模型對實(shí)際系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),而得到相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果,最終驗(yàn)證物理理論模型的正確性。

        計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)并不能代替學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn),但在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材復(fù)雜、精密、昂貴等因素的限制,促使教學(xué)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時,不能允許學(xué)生對實(shí)驗(yàn)參數(shù)自行設(shè)計(jì),也不能隨便的對儀器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。這樣的實(shí)驗(yàn)過程,不能夠讓學(xué)生深刻的剖析儀器的性能以及結(jié)構(gòu),也不利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn),可以在一定程度上彌補(bǔ)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中這方面的不足。

        仿真物理實(shí)驗(yàn),不僅可以改變原有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的枯燥的教學(xué)方式,而且學(xué)生能夠在模擬仿真物理實(shí)驗(yàn)中對一些物理實(shí)驗(yàn)過程中參數(shù)進(jìn)行自主設(shè)計(jì),讓仿真實(shí)驗(yàn)過程變得更有趣,學(xué)生也可以通過反復(fù)或者以不同的方法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn),模擬實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的操作環(huán)境,完成實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,從而發(fā)現(xiàn)并深刻了解其中所蘊(yùn)含的物理學(xué)知識。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們常用的軟件——《大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)》軟件,其中基本涵蓋了我們所能夠開設(shè)的所有條件,這其中也包括我們在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中沒有開設(shè)或者無法開設(shè)的實(shí)驗(yàn)。

        三、多媒體實(shí)驗(yàn)

        相對于實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程來說,仿真實(shí)驗(yàn)具有成本低、功能全、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn),但是它并不能代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)。我們可以將利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)利用含有仿真效果的實(shí)物實(shí)驗(yàn)或者說含有實(shí)物的仿真實(shí)驗(yàn)稱之為多媒體實(shí)驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集分析,所有測量儀器主要功能可由“數(shù)據(jù)采集”、“數(shù)據(jù)分析”和“結(jié)果輸出”等三部分組成,采用物理實(shí)驗(yàn)中所必備的硬件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,在利用基于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的分析和結(jié)果輸出。這種多媒體實(shí)驗(yàn),可以實(shí)現(xiàn)利用同樣的硬件系統(tǒng),通過計(jì)算機(jī)不同的軟件實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測量,由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方便性、高效率,已經(jīng)有很多物理實(shí)驗(yàn)中開始利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析,最終輸出結(jié)果。例如,在“高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測量實(shí)驗(yàn)”中,為獲得高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變曲線,可以將高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測試儀主機(jī)與計(jì)算機(jī)相連,在利用配套的專用軟件對超導(dǎo)轉(zhuǎn)變曲線進(jìn)行記錄。在計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣過程中,我們也可以利用不同顏色對降溫和升溫曲線進(jìn)行明顯區(qū)分。計(jì)算機(jī)記錄采樣完畢后,利用鼠標(biāo)選取曲線任一點(diǎn),就可以觀察出某一點(diǎn)的坐標(biāo)值,不需要再另外查表獲得數(shù)值。這種方式可以大大的提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率,并且能夠讓學(xué)生直觀的了解抽象的物理學(xué)知識。

        G632

        A

        1671-864X(2016)05-0264-02

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