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計算機在物理實(shí)驗教學(xué)及管理中的應用論文
大學(xué)物理實(shí)驗課是一門(mén)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、逼真模擬、智能交互等優(yōu)點(diǎn)的計算機引入實(shí)驗教學(xué)及管理之中，是實(shí)驗教學(xué)及管理改革和升級素質(zhì)教育的重要內容。計算機所具有的明顯優(yōu)勢，使得它在物理實(shí)驗教學(xué)及管理中有著(zhù)廣泛的應用。
1.計算機在物理實(shí)驗教學(xué)中的應用
1.1緒論課的計算機輔助教學(xué)
物理實(shí)驗緒論課內容包括：誤差理論、實(shí)驗數據處理、物理實(shí)驗基本測量方法和基本調整技術(shù)。該緒論課內容繁多，學(xué)時(shí)較少，用傳統的粉筆、黑板難以表達得形象、具體。而利用計算機輔助緒論課教學(xué)，老師可通過(guò)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(huà)、聲音等集成的方式向學(xué)生清晰展示課堂內容，使學(xué)生不再覺(jué)得抽象和單調。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(zhù)名物理學(xué)家、著(zhù)名物理實(shí)驗等小專(zhuān)題的介紹，這樣既開(kāi)闊了學(xué)生的視野，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習熱情，使授課質(zhì)量顯著(zhù)提高。
1.2計算機輔助實(shí)驗
計算機輔助實(shí)驗是指在實(shí)驗中利用計算機輔助進(jìn)行數據采集、數據處理、結果顯示等。比如，在光學(xué)綜合實(shí)驗中，傳統的實(shí)驗方法只是定地在屏幕上觀(guān)察光的單縫、雙縫、光柵衍射的圖像，無(wú)法得到光強分布。而利用CCD作為接收器件，用計算機實(shí)時(shí)采集、處理干涉及衍射光強分布的實(shí)驗數據，在計算機屏幕上實(shí)時(shí)顯示出光強的分布，使實(shí)驗更加直觀(guān)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(dòng)量一動(dòng)能關(guān)系等實(shí)驗，也是實(shí)現計算機輔助實(shí)驗的范例。在教學(xué)實(shí)踐中，利用計算機及相關(guān)器件對傳統實(shí)驗進(jìn)行改造，也是實(shí)現計算機輔助實(shí)驗的重要途徑。
1.3計算機數值模擬實(shí)驗
計算機數值模擬實(shí)驗是在計算機中進(jìn)行的實(shí)驗，它是利用計算機對實(shí)驗對象的數學(xué)模型進(jìn)行數值模擬實(shí)驗，以求得對實(shí)物原型系統規律性認識的一種實(shí)驗方法。如色散的研究、光的多普勒效應等，都可通過(guò)計算機數值模擬實(shí)驗來(lái)實(shí)現。在實(shí)驗教學(xué)中，可選擇適當難度的系統或模型作為研究實(shí)例，讓學(xué)生通過(guò)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(xiě)程序在計算機上實(shí)現數值求解，達到掌握計算機數值模擬實(shí)驗基本方法的目的。
1.4多媒體演示實(shí)驗
在實(shí)驗教學(xué)中，利用多媒體進(jìn)行實(shí)驗的演示，是計算機輔助教學(xué)的重要內容。利用多媒體可以演示儀器的操作、實(shí)驗的過(guò)程和實(shí)驗的結果等，還可以在實(shí)驗演示之前和之后，以多媒體交互的方式充分展示實(shí)驗的背景資料、實(shí)驗原理、儀器分析、測量方法、數據處理、問(wèn)題分析、實(shí)驗報告等內容。特別地，對于一些復雜的實(shí)驗，實(shí)驗室不具備實(shí)驗的條件，多媒體演示實(shí)驗則可以彌補儀器設備的不足。
1.5多媒體虛擬實(shí)驗
多媒體虛擬實(shí)驗的實(shí)現要應用虛擬現實(shí)技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，虛擬現實(shí)技術(shù)是指通過(guò)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核和驅動(dòng)，結合傳感器技術(shù)、光電子技術(shù)，并利用人們認知心理等組合創(chuàng )建出虛擬環(huán)境系統，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實(shí)的主要特征。
虛擬實(shí)驗技術(shù)追求的是要創(chuàng )造一種虛擬的“真實(shí)性”，因此虛擬現實(shí)技術(shù)的應用使多媒體虛擬實(shí)驗不再是一個(gè)理想化的過(guò)程。多媒體虛擬實(shí)驗運用逼真的聲像技術(shù)反映實(shí)驗對象及其過(guò)程，用強大的數據處理能力分析實(shí)驗過(guò)程的數量關(guān)系，最后用直觀(guān)的形式將實(shí)驗結果展現出來(lái)，如偏振光研究的多媒體虛擬實(shí)驗。
多媒體演示實(shí)驗是一種“定性”的計算機模擬實(shí)驗，而多媒體虛擬實(shí)驗則可以說(shuō)是一種“定量”的計算機模擬實(shí)驗。多媒體虛擬實(shí)驗是一種高度仿真的計算機模擬實(shí)驗。飛行訓練模擬器就是一個(gè)最好的應用。
2.計算機在物理實(shí)驗教學(xué)管理中的應用
物理實(shí)驗教學(xué)管理主要包括對實(shí)驗設備、實(shí)驗室工作人員、學(xué)生信息、學(xué)生實(shí)驗成績(jì)等信息的管理。依靠開(kāi)發(fā)的軟件系統，利用計算機可以很方便地對這些項目進(jìn)行管理。
2.1實(shí)驗設備管理
對實(shí)驗設備進(jìn)行管理需要掌握各種儀器的使用狀況、數量、價(jià)格、存放地點(diǎn)及實(shí)驗設備的資產(chǎn)總值，及時(shí)記錄儀器借出、歸還、增添、淘汰等情況。實(shí)驗設備實(shí)現了計算機管理，就可以隨機查詢(xún)各項統計工作，準確無(wú)誤地完成上報任務(wù)；并且能方便、全面地把握各儀器設備的配置狀況，為制定儀器設備規劃和年度計劃、合理分配設備費和材料費提供依據。
2.2實(shí)驗室工作人員管理
實(shí)驗室工作人員范圍是指編制在實(shí)驗室的教師、實(shí)驗技術(shù)人員、管理人員、工人等。實(shí)驗室工作人員管理主要是對該類(lèi)人員的基本情況及發(fā)表論文著(zhù)作情況，獲獎情況等，進(jìn)行數據的分析處理工作；把上述情況的準確數據輸入計算機，就可以通過(guò)計算機實(shí)現對數據的各種管理功能。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)驗課表現以及借用或損壞實(shí)驗室儀器的情況等。2.4學(xué)生實(shí)驗成績(jì)管理老師對學(xué)生的各個(gè)實(shí)驗成績(jì)進(jìn)行及時(shí)的評定并輸入計算機，期末進(jìn)行成績(jì)統計并上報教務(wù)部門(mén)。
3.實(shí)驗教學(xué)及管理的網(wǎng)絡(luò )化
物理實(shí)驗的計算機輔助教學(xué)及管理網(wǎng)絡(luò )化，是緊跟時(shí)代步伐實(shí)現教學(xué)現代化的一個(gè)重要途徑。建立物理實(shí)驗教學(xué)及管理網(wǎng)站，學(xué)生利用校園網(wǎng)就可以對實(shí)驗教學(xué)內容進(jìn)行課前預習和課后復習，使教學(xué)內容在時(shí)間和空間上得到延伸。針對實(shí)驗教學(xué)內容，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)驗教學(xué)及管理的一種新模式。
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