计算机在物理实验教学及管理中的应用论文

时间:2018-09-27 计算机毕业论文 我要投稿

  大学物理实验课是一门重要的素质教育课程。把具有海量存储、精确计算、快速反应、逼真模拟、智能交互等优点的计算机引入实验教学及管理之中,是实验教学及管理改革和升级素质教育的重要内容。计算机所具有的明显优势,使得它在物理实验教学及管理中有着广泛的应用。

  1.计算机在物理实验教学中的应用

  1.1绪论课的计算机辅助教学

  物理实验绪论课内容包括:误差理论、实验数据处理、物理实验基本测量方法和基本调整技术。该绪论课内容繁多,学时较少,用传统的粉笔、黑板难以表达得形象、具体。而利用计算机辅助绪论课教学,老师可通过制作的绪论课电子教案和多媒体课件,以文字、图表、图片、动画、声音等集成的方式向学生清晰展示课堂内容,使学生不再觉得抽象和单调。利用计算机辅助绪论课教学,大大提高了授课效率,因而老师还可以增加诸如物理学史、著名物理学家、著名物理实验等小专题的介绍,这样既开阔了学生的视野,又激发了学生的学习热情,使授课质量显著提高。

  1.2计算机辅助实验

  计算机辅助实验是指在实验中利用计算机辅助进行数据采集、数据处理、结果显示等。比如,在光学综合实验中,传统的实验方法只是定地在屏幕上观察光的单缝、双缝、光栅衍射的图像,无法得到光强分布。而利用CCD作为接收器件,用计算机实时采集、处理干涉及衍射光强分布的实验数据,在计算机屏幕上实时显示出光强的分布,使实验更加直观具体,对学生具有强烈的吸引力。其它如氢原子光谱、验证相对论动量一动能关系等实验,也是实现计算机辅助实验的范例。在教学实践中,利用计算机及相关器件对传统实验进行改造,也是实现计算机辅助实验的重要途径。

  1.3计算机数值模拟实验

  计算机数值模拟实验是在计算机中进行的实验,它是利用计算机对实验对象的数学模型进行数值模拟实验,以求得对实物原型系统规律性认识的一种实验方法。如色散的研究、光的多普勒效应等,都可通过计算机数值模拟实验来实现。在实验教学中,可选择适当难度的系统或模型作为研究实例,让学生通过建立物理模型,确立模型求解的初值、边值条件和求解方法,编写程序在计算机上实现数值求解,达到掌握计算机数值模拟实验基本方法的目的。

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  1.4多媒体演示实验

  在实验教学中,利用多媒体进行实验的演示,是计算机辅助教学的重要内容。利用多媒体可以演示仪器的操作、实验的过程和实验的结果等,还可以在实验演示之前和之后,以多媒体交互的方式充分展示实验的背景资料、实验原理、仪器分析、测量方法、数据处理、问题分析、实验报告等内容。特别地,对于一些复杂的实验,实验室不具备实验的条件,多媒体演示实验则可以弥补仪器设备的不足。

  1.5多媒体虚拟实验

  多媒体虚拟实验的实现要应用虚拟现实技术。简单地说,虚拟现实技术是指通过多媒体技术展示的立体信息传播技术。它以高性能计算机为内核和驱动,结合传感器技术、光电子技术,并利用人们认知心理等组合创建出虚拟环境系统,人们可以沉浸于其中,并与之交互作用。仿真性、交互性、人工性和沉浸性是虚拟现实的主要特征。

  虚拟实验技术追求的是要创造一种虚拟的“真实性”,因此虚拟现实技术的应用使多媒体虚拟实验不再是一个理想化的过程。多媒体虚拟实验运用逼真的声像技术反映实验对象及其过程,用强大的数据处理能力分析实验过程的数量关系,最后用直观的形式将实验结果展现出来,如偏振光研究的多媒体虚拟实验。

  多媒体演示实验是一种“定性”的计算机模拟实验,而多媒体虚拟实验则可以说是一种“定量”的计算机模拟实验。多媒体虚拟实验是一种高度仿真的计算机模拟实验。飞行训练模拟器就是一个最好的应用。

  2.计算机在物理实验教学管理中的应用

  物理实验教学管理主要包括对实验设备、实验室工作人员、学生信息、学生实验成绩等信息的管理。依靠开发的软件系统,利用计算机可以很方便地对这些项目进行管理。

  2.1实验设备管理

  对实验设备进行管理需要掌握各种仪器的使用状况、数量、价格、存放地点及实验设备的资产总值,及时记录仪器借出、归还、增添、淘汰等情况。实验设备实现了计算机管理,就可以随机查询各项统计工作,准确无误地完成上报任务;并且能方便、全面地把握各仪器设备的配置状况,为制定仪器设备规划和年度计划、合理分配设备费和材料费提供依据。

  2.2实验室工作人员管理

  实验室工作人员范围是指编制在实验室的教师、实验技术人员、管理人员、工人等。实验室工作人员管理主要是对该类人员的基本情况及发表论文著作情况,获奖情况等,进行数据的分析处理工作;把上述情况的准确数据输入计算机,就可以通过计算机实现对数据的各种管理功能。2.3学生信息管理

  学生信息以学生的基本情况为主,另外还可包括学生实验课表现以及借用或损坏实验室仪器的情况等。2.4学生实验成绩管理老师对学生的各个实验成绩进行及时的评定并输入计算机,期末进行成绩统计并上报教务部门。

  3.实验教学及管理的网络化

  物理实验的计算机辅助教学及管理网络化,是紧跟时代步伐实现教学现代化的一个重要途径。建立物理实验教学及管理网站,学生利用校园网就可以对实验教学内容进行课前预习和课后复习,使教学内容在时间和空间上得到延伸。针对实验教学内容,学生和老师还可以在网上进行充分的探讨与交流。这样的网络化是物理实验教学及管理的一种新模式。

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