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計算機在物理實驗教學(xué)及管理中的應(yīng)用論文
大學(xué)物理實驗課是一門重要的素質(zhì)教育課程。把具有海量存儲、精確計算、快速反應(yīng)、逼真模擬、智能交互等優(yōu)點的計算機引入實驗教學(xué)及管理之中，是實驗教學(xué)及管理改革和升級素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。計算機所具有的明顯優(yōu)勢，使得它在物理實驗教學(xué)及管理中有著廣泛的應(yīng)用。
1.計算機在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用
1.1緒論課的計算機輔助教學(xué)
物理實驗緒論課內(nèi)容包括：誤差理論、實驗數(shù)據(jù)處理、物理實驗基本測量方法和基本調(diào)整技術(shù)。該緒論課內(nèi)容繁多，學(xué)時較少，用傳統(tǒng)的粉筆、黑板難以表達(dá)得形象、具體。而利用計算機輔助緒論課教學(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)。利用計算機輔助緒論課教學(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、著名物理實驗等小專題的介紹，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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示等。比如，在光學(xué)綜合實驗中，傳統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(xué)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(guān)系等實驗，也是實現(xiàn)計算機輔助實驗的范例。在教學(xué)實踐中，利用計算機及相關(guān)器件對傳統(tǒng)實驗進行改造，也是實現(xiàn)計算機輔助實驗的重要途徑。
1.3計算機數(shù)值模擬實驗
計算機數(shù)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(shù)學(xué)模型進行數(shù)值模擬實驗，以求得對實物原型系統(tǒng)規(guī)律性認(rèn)識的一種實驗方法。如色散的研究、光的多普勒效應(yīng)等，都可通過計算機數(shù)值模擬實驗來實現(xiàn)。在實驗教學(xué)中，可選擇適當(dāng)難度的系統(tǒng)或模型作為研究實例，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，編寫程序在計算機上實現(xiàn)數(shù)值求解，達(dá)到掌握計算機數(shù)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(xué)中，利用多媒體進行實驗的演示，是計算機輔助教學(xué)的重要內(nèi)容。利用多媒體可以演示儀器的操作、實驗的過程和實驗的結(jié)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(shù)據(jù)處理、問題分析、實驗報告等內(nèi)容。特別地，對于一些復(fù)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(shè)備的不足。
1.5多媒體虛擬實驗
多媒體虛擬實驗的實現(xiàn)要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。簡單地說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)展示的立體信息傳播技術(shù)。它以高性能計算機為內(nèi)核和驅(qū)動，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)實的主要特征。
虛擬實驗技術(shù)追求的是要創(chuàng)造一種虛擬的“真實性”，因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)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(shù)反映實驗對象及其過程，用強大的數(shù)據(jù)處理能力分析實驗過程的數(shù)量關(guān)系，最后用直觀的形式將實驗結(jié)果展現(xiàn)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(xùn)練模擬器就是一個最好的應(yīng)用。
2.計算機在物理實驗教學(xué)管理中的應(yīng)用
物理實驗教學(xué)管理主要包括對實驗設(shè)備、實驗室工作人員、學(xué)生信息、學(xué)生實驗成績等信息的管理。依靠開發(fā)的軟件系統(tǒng)，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(shè)備管理
對實驗設(shè)備進行管理需要掌握各種儀器的使用狀況、數(shù)量、價格、存放地點及實驗設(shè)備的資產(chǎn)總值，及時記錄儀器借出、歸還、增添、淘汰等情況。實驗設(shè)備實現(xiàn)了計算機管理，就可以隨機查詢各項統(tǒng)計工作，準(zhǔn)確無誤地完成上報任務(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)劃和年度計劃、合理分配設(shè)備費和材料費提供依據(jù)。
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(shù)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(fā)表論文著作情況，獲獎情況等，進行數(shù)據(jù)的分析處理工作；把上述情況的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)輸入計算機，就可以通過計算機實現(xiàn)對數(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)生實驗課表現(xiàn)以及借用或損壞實驗室儀器的情況等。2.4學(xué)生實驗成績管理老師對學(xué)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(tǒng)計并上報教務(wù)部門。
3.實驗教學(xué)及管理的網(wǎng)絡(luò)化
物理實驗的計算機輔助教學(xué)及管理網(wǎng)絡(luò)化，是緊跟時代步伐實現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)代化的一個重要途徑。建立物理實驗教學(xué)及管理網(wǎng)站，學(xué)生利用校園網(wǎng)就可以對實驗教學(xué)內(nèi)容進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，使教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸。針對實驗教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生和老師還可以在網(wǎng)上進行充分的探討與交流。這樣的網(wǎng)絡(luò)化是物理實驗教學(xué)及管理的一種新模式。
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