張靖宇

（山西大學(xué)物理電子工程學(xué)院， 山西太原，030006）

淺析Matlab軟件在大學(xué)物理教學(xué)中的具體運(yùn)用

張靖宇

（山西大學(xué)物理電子工程學(xué)院， 山西太原，030006）

本文結(jié)合Matlab軟件的概念和主要特點(diǎn)，通過(guò)相關(guān)大學(xué)物理教學(xué)實(shí)例，來(lái)對(duì)Matlab軟件在大學(xué)物理教學(xué)中的具體運(yùn)用進(jìn)行分析，并且在此基礎(chǔ)上，對(duì)大學(xué)物理輔助教學(xué)平臺(tái)的建立方式和原則進(jìn)行描述，以此來(lái)提高大學(xué)物理教學(xué)的整體效率和質(zhì)量。關(guān)鍵詞：Matlab軟件；大學(xué)物理教學(xué)；具體運(yùn)用

0 前言

大學(xué)物理是高校理工科專(zhuān)業(yè)中一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，通過(guò)對(duì)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的整體科學(xué)素質(zhì)，但是由于大學(xué)物理教學(xué)中所涉及到的內(nèi)容較多，但是教學(xué)時(shí)間并不充裕，加上目前授課的主要方式為板書(shū)語(yǔ)言授課，這樣的方式不利于學(xué)生接收和消化大量的物理學(xué)知識(shí)，在這樣的情況下，學(xué)生容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣低下，整體學(xué)習(xí)效率不高等問(wèn)題。針對(duì)這種情況，需要在大學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用各種現(xiàn)代化的教學(xué)手段來(lái)提高教學(xué)效果，而Matlab軟件就是現(xiàn)代化教學(xué)軟件中一種比較適合大學(xué)物理教學(xué)的軟件，對(duì)學(xué)生理解物理基本概念、掌握相應(yīng)的理論知識(shí)有著較好的作用。

1 Matlab軟件的概念和特點(diǎn)

從本質(zhì)上來(lái)看，Matlab軟件軟件屬于一種具有極高性能的數(shù)據(jù)計(jì)算和可視化軟件，也是目前國(guó)際上公認(rèn)的在科技領(lǐng)域方面較為優(yōu)秀的應(yīng)用軟件和開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，在實(shí)際的使用過(guò)程中，具有集數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、圖形輸出和信號(hào)處理為一體的使用特點(diǎn)，根據(jù)這樣的特點(diǎn)可以看出，Matlab軟件具有方便快捷，操作簡(jiǎn)單等一些列優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)并推廣的過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行不斷完善，目前Matlab軟件已經(jīng)成為社會(huì)中比較常用的標(biāo)注計(jì)算軟件之一，其主要功能和特點(diǎn)體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：首先，Matlab軟件能夠?qū)?fù)數(shù)矩陣作為基本的計(jì)算編程單元，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔明了，在操作的過(guò)程中具有靈活簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在另外一個(gè)方面，在利用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算的過(guò)程中，其運(yùn)算符號(hào)和寓言功能非常豐富，能夠?qū)γ鎸?duì)對(duì)象進(jìn)行編程，具有較高的數(shù)據(jù)處理效率。而對(duì)于大學(xué)物理來(lái)說(shuō)，其中的大部分研究對(duì)象是具體而又抽象的，這樣的學(xué)科特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中感到非常的費(fèi)解和鼓噪，影響整體的學(xué)習(xí)效果，這就可以利用Matlab軟件的數(shù)據(jù)計(jì)算功能和圖像處理功能，將其引入到一些特定的物理研究當(dāng)中，以此來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更加深入的了解物理學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2 Matlab軟件在大學(xué)物理教學(xué)中的具體應(yīng)用

從以上介紹可以知道，Matlab軟件的主要功能包括數(shù)值計(jì)算和圖像處理，也就是說(shuō)可以在實(shí)際的大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)用Matlab軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并且輸出相應(yīng)的圖像，在進(jìn)行觀(guān)察比較之后來(lái)對(duì)相應(yīng)的物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行研究，下面以具體的物理教學(xué)案例來(lái)對(duì)Matlab軟件在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

運(yùn)動(dòng)學(xué)是大學(xué)物理中最為基本的一項(xiàng)內(nèi)容，同時(shí)也是一項(xiàng)較為復(fù)雜的物理學(xué)知識(shí)，只有學(xué)習(xí)好這一方面的內(nèi)容，才能幫助學(xué)生更加方便的掌握后續(xù)的課程知識(shí)，此次研究的對(duì)象為斜面上物體下滑問(wèn)題，如圖1所示，此斜面的傾角為α，AB兩點(diǎn)之間的距離為l=2.1m，質(zhì)量為m的物體從斜面頂端向下進(jìn)行滑動(dòng)，已知斜面的摩擦因數(shù)為0.14，所要研究的問(wèn)題為當(dāng)傾角α為多少時(shí)，物體在斜面上的下滑速度最快？

圖1 光滑平直斜面示意圖

在對(duì)光滑平直斜面示意圖進(jìn)行分析之后，可以對(duì)物體的受力情況進(jìn)行分析，并且建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)系，利用牛頓第二定律可以知道物理的重力加速度為g，根據(jù)示意圖可以直達(dá)，物體下滑時(shí)候做的是勻變速直線(xiàn)云頂，這樣就可以得出物體在斜面上的下滑時(shí)間t

根據(jù)這樣的物理公式，可以利用Matlab軟件來(lái)對(duì)物體下落時(shí)間t與傾斜角α之間的關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行輸出并觀(guān)察。根據(jù)圖2可以看出，在傾斜角α較小的時(shí)候，隨著α的不斷增大，物體的下落時(shí)間t會(huì)急速的減小，在α增大到0.4的時(shí)候，t的變化出現(xiàn)平穩(wěn)的狀態(tài)，當(dāng)α增大到1.5的時(shí)候，t開(kāi)始快速增加，α與t之間的變化曲線(xiàn)呈現(xiàn)出U形。根據(jù)這樣的圖形，可以根據(jù)Mat lab軟件中的極小值，來(lái)得出物體下落時(shí)間t的最小值，也就是當(dāng)α=0.855，夾角約為49°的時(shí)候，物體的下落時(shí)間t取最小值為0.993，如圖3所示。根據(jù)圖2和圖3的相互比較可以知道，可以通過(guò)Mat lab軟件來(lái)直觀(guān)的顯示出兩個(gè)變量之間的關(guān)系，以此來(lái)幫助學(xué)生更加直觀(guān)的發(fā)現(xiàn)物體規(guī)律。

圖2 物體在下面下滑中所用時(shí)間t與斜面傾角α之間的關(guān)系

圖3 物體在下面下滑中所用時(shí)間t與斜面傾角之間的關(guān)系

從以上Mat lab軟件的應(yīng)用可以知道，在進(jìn)行相應(yīng)的物理教學(xué)的過(guò)程中，可以通過(guò)物理問(wèn)題來(lái)得出相應(yīng)的物理公式，并且在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Mat lab軟件中的數(shù)值計(jì)算功能和圖形輸出功能，來(lái)從圖形中得出想要解答的數(shù)據(jù)，在另外一個(gè)方面，也可以利用Mat lab軟件來(lái)得出相互聯(lián)系的兩個(gè)圖形，在進(jìn)行相互比較之后，就能夠得出想要研究的物理規(guī)律。

3 利用Mat lab軟件來(lái)構(gòu)建大學(xué)物理輔導(dǎo)教學(xué)平臺(tái)

通過(guò)Mat lab軟件在大學(xué)物理教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，可以知道Mat lab軟件能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步的了解物理規(guī)律，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和解題速度，在此基礎(chǔ)上，也可以利用Mat lab軟件來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的大學(xué)物理輔助教學(xué)平臺(tái)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)在實(shí)際的物理教學(xué)環(huán)節(jié)中，針對(duì)已經(jīng)編譯好的程序，來(lái)對(duì)其進(jìn)行快速而又準(zhǔn)確的執(zhí)行，這樣不能能夠?qū)φ麄€(gè)平臺(tái)的資源進(jìn)行有效整合，同時(shí)也能夠在一定程度上提高程序的執(zhí)行效率。結(jié)合Mat lab軟件的數(shù)值計(jì)算功能和圖形輸出功能，能夠?yàn)橛脩?hù)提供更加完整的圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，將已經(jīng)編譯好的演示程序，通過(guò)圖形用戶(hù)界面來(lái)進(jìn)行人機(jī)信息交流，并且在此基礎(chǔ)上，形成大學(xué)物理教學(xué)中所需要的輔助教學(xué)軟件。

由于大學(xué)物理教學(xué)涉及到的內(nèi)容較多，所以說(shuō)利用Mat lab軟件在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，也就是說(shuō)根據(jù)實(shí)際要求的不同，根據(jù)Mat lab軟件所設(shè)計(jì)出的界面可能也會(huì)發(fā)生不一樣的變化，其功能和效果也會(huì)具有一定的差異，但是所設(shè)計(jì)出的最終界面都需要滿(mǎn)足這樣幾個(gè)方面的要求：首先是簡(jiǎn)單性，對(duì)于大學(xué)物理輔導(dǎo)教學(xué)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中需要盡可能的追求簡(jiǎn)單直觀(guān)的表達(dá)方式，以此來(lái)更快的得出相應(yīng)的物理規(guī)律，對(duì)于平臺(tái)中一些對(duì)于物理教學(xué)沒(méi)有幫助的功能，可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行刪除或者隱藏處理。另外是一致性，一致性主要指的是平臺(tái)界面的一致性，雖然說(shuō)由于實(shí)際需求的不同，所設(shè)計(jì)的最終界面會(huì)具有一定的差距，但是這樣的界面風(fēng)格與其它的界面風(fēng)格不能截然不同，否則用戶(hù)在使用其它平臺(tái)的時(shí)候還需要重新了解和認(rèn)識(shí)用戶(hù)界面和功能，除了界面風(fēng)格之外，還需要在滿(mǎn)足實(shí)際功能的基礎(chǔ)上，采用用戶(hù)所熟悉的標(biāo)志和符號(hào)。最后是常用性，常用性主要指的是在平臺(tái)的構(gòu)建過(guò)程中，對(duì)于一些比較常用的物理公式和符號(hào)，可以設(shè)置到比較方便的位置，以此來(lái)方便人們的使用和計(jì)算。通過(guò)以上敘述可以知道，大學(xué)物理輔導(dǎo)教學(xué)平臺(tái)的建立，需要在保證其主體功能得到發(fā)揮的情況，提高界面的整體簡(jiǎn)潔性和一致性，以此來(lái)提高輔助平臺(tái)的使用效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

Mat lab軟件具有極其強(qiáng)大的應(yīng)用功能，主要表現(xiàn)在數(shù)值計(jì)算和圖形輸出方面，針對(duì)大學(xué)物理教學(xué)中內(nèi)容復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，可以借助Mat lab軟件來(lái)進(jìn)行計(jì)算和圖形比較，使學(xué)生更加深入的認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，提高大學(xué)物理課堂的整體教學(xué)效率。在另外一個(gè)方面，也可以借助Mat lab軟件的功能，來(lái)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，構(gòu)建相應(yīng)的大學(xué)物理輔助教學(xué)平臺(tái)，并且需要在保證其功能發(fā)揮的基礎(chǔ)上對(duì)界面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使Mat lab軟件的功能得到完全發(fā)揮。

[1]王安玲.Matlab在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].北京印刷學(xué)院學(xué)報(bào),2012年06期.

The application of Matlab software in College Physics Teaching

Zhang Jingyu
(School of physics and electronic engineering, Shanxi University,Taiyuan Shanxi, 030006)

In this paper, the concept and main features of Matlab software, the university physics teaching examples of the specific application of Matlab software in college physics teaching are analyzed, and on this basis, the establishment of the university physics teaching platform and principles to describe, in order to improve the overall efficiency and quality of College Physics teaching the

Matlab software; college physics teaching; concrete application