計算機輔助物理實驗改造的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、計算機在科學(xué)研究、自動控制、信息處理和日常生活等領(lǐng)域的使用越來越廣泛，這是必然的趨勢，物理實驗教學(xué)的改革也應(yīng)當要適應(yīng)這個趨勢?！稓W洲物理學(xué)學(xué)報》曾發(fā)表評論認為物理教學(xué)當中的計算機輔助教學(xué)將是繼傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實驗教學(xué)之后的第三個教學(xué)形態(tài)。
　　 目前傳統(tǒng)物理實驗存在的普遍問題：要不太“古老”、太“陳舊”了(讓學(xué)生重復(fù)“刀耕火種”的技能)，實驗方法和手段落后，學(xué)生對實驗不感興趣，實驗教學(xué)效果差，要不太“自動化”了，大大削弱了學(xué)生的

2、實驗基本技能訓(xùn)練。
　　 針對以上問題，在充分考慮到不削弱學(xué)生的實驗基本技能訓(xùn)練的前提下，充分利用計算機技術(shù)、光電技術(shù)、傳感技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)并結(jié)合“軟件工程和軟件過程”理論來改造普通物理的力、熱、光、電中的具代表性的實驗，并在軟件開發(fā)中引入了計算機輔助教育思想，自制相應(yīng)的實驗儀器、自編相應(yīng)的計算機軟件(實時顯示實驗現(xiàn)象，直接在計算機上做實驗報告、打印實驗報告、批改實驗報告等)。
　　 計算機介入實驗用于采集物理量數(shù)據(jù)、

3、控制實驗過程等，采用以下6種方法：(1)利用計算機并口技術(shù)；(2)利用計算機串口技術(shù)；(3)利用線陣CCD技術(shù)；(4)利用面陣CCD(攝像頭)技術(shù)；(5)利用USB技術(shù)；(6)利用數(shù)據(jù)采集卡。根據(jù)不同實驗的特點，充分考慮優(yōu)化組合原則，采用的實驗改造方案為：(一)“轉(zhuǎn)動慣量測定實驗”等考慮多組實驗共用一臺計算機并要求高速采集數(shù)據(jù)的特點，選用第(1)種方法進行改造；(二)“磁光調(diào)制實驗”等考慮由一臺計算機控制一組實驗或?qū)?shù)據(jù)采集速度要求不是

4、很高的特點，選用第(2)種方法進行改造；(三)“利用光柵常數(shù)測定光波長實驗”等考慮到觀察的光學(xué)圖像面積大等特點，選用第(3)種方法進行改造；；(四)“用雙棱鏡干涉測量光的波長實驗”、“光纖傳感實驗”等考慮到干涉條紋的特性及設(shè)備成本的因素，選用第(4)種方法進行改造；；(五)“氣體PTV關(guān)系研究實驗”、“導(dǎo)熱系數(shù)測定實驗”等考慮到數(shù)據(jù)采集速度及接口的通用性的因素，選用第(5)種方法進行改造；(6)“RLC暫態(tài)過程實驗”等考慮到高速數(shù)據(jù)采集

5、的特點，選用第(6)種方法進行改造。另外，考慮到窗口環(huán)境下的控制，以上每種方案均結(jié)合Visual Basic語言進行開發(fā)。
　　 改造的成果在部分高校得到應(yīng)用，實驗結(jié)果表明：本文采用的計算機輔助物理實驗改造效果顯著，既讓實驗體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)的作用，使學(xué)生學(xué)到并掌握先進的實驗技術(shù)，又不影響基本技能的訓(xùn)練，每個實驗的實驗過程清晰明了、直觀方便?？s短了學(xué)生所學(xué)知識與現(xiàn)代實際技術(shù)的距離，極大地提高學(xué)生實驗興趣。在普通物理實驗改革中走出實質(zhì)性