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計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理中的應(yīng)用論文
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是一門重要的素質(zhì)教育課程。把具有海量存儲(chǔ)、精確計(jì)算、快速反應(yīng)、逼真模擬、智能交互等優(yōu)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理之中，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理改革和升級(jí)素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。計(jì)算機(jī)所具有的明顯優(yōu)勢(shì)，使得它在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理中有著廣泛的應(yīng)用。
1.計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
1.1緒論課的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)
物理實(shí)驗(yàn)緒論課內(nèi)容包括：誤差理論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、物理實(shí)驗(yàn)基本測(cè)量方法和基本調(diào)整技術(shù)。該緒論課內(nèi)容繁多，學(xué)時(shí)較少，用傳統(tǒng)的粉筆、黑板難以表達(dá)得形象、具體。而利用計(jì)算機(jī)輔助緒論課教學(xué)，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(dòng)畫、聲音等集成的方式向?qū)W生清晰展示課堂內(nèi)容，使學(xué)生不再覺得抽象和單調(diào)。利用計(jì)算機(jī)輔助緒論課教學(xué)，大大提高了授課效率，因而老師還可以增加諸如物理學(xué)史、著名物理學(xué)家、著名物理實(shí)驗(yàn)等小專題的介紹，這樣既開闊了學(xué)生的視野，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使授課質(zhì)量顯著提高。
1.2計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)中利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示等。比如，在光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(wú)法得到光強(qiáng)分布。而利用CCD作為接收器件，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集、處理干涉及衍射光強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示出光強(qiáng)的分布，使實(shí)驗(yàn)更加直觀具體，對(duì)學(xué)生具有強(qiáng)烈的吸引力。其它如氫原子光譜、驗(yàn)證相對(duì)論動(dòng)量一動(dòng)能關(guān)系等實(shí)驗(yàn)，也是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)的范例。在教學(xué)實(shí)踐中，利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)器件對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造，也是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)的重要途徑。
1.3計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)
計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，它是利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，以求得對(duì)實(shí)物原型系統(tǒng)規(guī)律性認(rèn)識(shí)的一種實(shí)驗(yàn)方法。如色散的研究、光的多普勒效應(yīng)等，都可通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可選擇適當(dāng)難度的系統(tǒng)或模型作為研究實(shí)例，讓學(xué)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(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)值求解，達(dá)到掌握計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)基本方法的目的。
1.4多媒體演示實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的演示，是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的重要內(nèi)容。利用多媒體可以演示儀器的操作、實(shí)驗(yàn)的過程和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果等，還可以在實(shí)驗(yàn)演示之前和之后，以多媒體交互的方式充分展示實(shí)驗(yàn)的背景資料、實(shí)驗(yàn)原理、儀器分析、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理、問題分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容。特別地，對(duì)于一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室不具備實(shí)驗(yàn)的條件，多媒體演示實(shí)驗(yàn)則可以彌補(bǔ)儀器設(shè)備的不足。
1.5多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)
多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。簡(jiǎn)單地說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)展示的立體信息傳播技術(shù)。它以高性能計(jì)算機(jī)為內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)，結(jié)合傳感器技術(shù)、光電子技術(shù)，并利用人們認(rèn)知心理等組合創(chuàng)建出虛擬環(huán)境系統(tǒng)，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(xiàn)實(shí)的主要特征。
虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)追求的是要?jiǎng)?chuàng)造一種虛擬的“真實(shí)性”，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用使多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)不再是一個(gè)理想化的過程。多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)用逼真的聲像技術(shù)反映實(shí)驗(yàn)對(duì)象及其過程，用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力分析實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)量關(guān)系，最后用直觀的形式將實(shí)驗(yàn)結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)，如偏振光研究的多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)。
多媒體演示實(shí)驗(yàn)是一種“定性”的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，而多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)則可以說是一種“定量”的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)。多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)是一種高度仿真的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)。飛行訓(xùn)練模擬器就是一個(gè)最好的應(yīng)用。
2.計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中的應(yīng)用
物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理主要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室工作人員、學(xué)生信息、學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)等信息的管理。依靠開發(fā)的軟件系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)可以很方便地對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行管理。
2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理
對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行管理需要掌握各種儀器的使用狀況、數(shù)量、價(jià)格、存放地點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資產(chǎn)總值，及時(shí)記錄儀器借出、歸還、增添、淘汰等情況。實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)管理，就可以隨機(jī)查詢各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)工作，準(zhǔn)確無(wú)誤地完成上報(bào)任務(wù)；并且能方便、全面地把握各儀器設(shè)備的配置狀況，為制定儀器設(shè)備規(guī)劃和年度計(jì)劃、合理分配設(shè)備費(fèi)和材料費(fèi)提供依據(jù)。
2.2實(shí)驗(yàn)室工作人員管理
實(shí)驗(yàn)室工作人員范圍是指編制在實(shí)驗(yàn)室的教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、管理人員、工人等。實(shí)驗(yàn)室工作人員管理主要是對(duì)該類人員的基本情況及發(fā)表論文著作情況，獲獎(jiǎng)情況等，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理工作；把上述情況的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，就可以通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的各種管理功能。2.3學(xué)生信息管理
學(xué)生信息以學(xué)生的基本情況為主，另外還可包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)以及借用或損壞實(shí)驗(yàn)室儀器的情況等。2.4學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)管理老師對(duì)學(xué)生的各個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行及時(shí)的評(píng)定并輸入計(jì)算機(jī)，期末進(jìn)行成績(jī)統(tǒng)計(jì)并上報(bào)教務(wù)部門。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理的網(wǎng)絡(luò)化
物理實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)及管理網(wǎng)絡(luò)化，是緊跟時(shí)代步伐實(shí)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)代化的一個(gè)重要途徑。建立物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理網(wǎng)站，學(xué)生利用校園網(wǎng)就可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，使教學(xué)內(nèi)容在時(shí)間和空間上得到延伸。針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生和老師還可以在網(wǎng)上進(jìn)行充分的探討與交流。這樣的網(wǎng)絡(luò)化是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理的一種新模式。
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