物理教学培养论文

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[论文关键词]物理教学计算机教学

[论文摘要]物理学与计算机科学关系密切、互相促进、共同发展，对我们今天的物理教学提出了更新更高的要求，物理学的教学内容可以结合计算机教学作一些思考和尝试，以适应新形势的要求。

一、物理学与计算机的密切关系

电子计算机是因解决物理问题的需要而产生的，二次大战期间为了快速计算弹道，被公认为世界第一台电子计算机ENIAC于1946年研制成功[1]，万维网的出现是因欧洲核物理学家们进行学术交流的需要而设计出来的。由此可见，计算机与物理学的关系是非常密切的，物理学的发展促成了计算机的产生与发展，计算机的出现是二十世纪最伟大的科学技术成就之一，它延伸了人们的思维能力，成功地解决了很多物理、数学等方面的难题，没有计算机就不可能准确计算出火箭和卫星的轨道位置、就没有今天的航天成就，计算机应用跨越各个学科，在工业技术、企业管理、情报信息处理、国民教育等领域引起深刻的变革，在今天几乎没有哪一个学科能够离开计算机的应用。

作为孕育计算机诞生与发展的物理学，如果说早期物理学应用计算机主要解决人们的计算速度、强度的技术问题，那么到了今天，计算机已在更深刻的层次上促进物理学的发展，由于在物理学很多领域中能够找到精确解的理论问题已经不多了，剩下的是大量的复杂的非线性问题，对这些问题的分析、预测和求解离开计算机，人们几乎无能为力了。另外一个方面，在计算机出现之前，人们只能够通过真实的实验来验证物理理论的正确性、工程中也往往需要耗费巨额资金做实验来探测某些数据和验证方案的可行性。而今天很多实验可以通过计算机仿真实验来完成，达到与真实的实验完全相同的效果，成本低廉且安全环保，用计算机来进行科学实验是科学技术史上革命性的变化。

物理学与计算机科学互相促进、共同发展的情况对我们今天的物理教学提出了更新更高的要求，物理学的教学内容、教学手段和教学方法必须与时俱进，适应新形势的要求。

二、物理教学中结合计算机教学的一些思考

大学物理课内容很多，结合不同的专业，在保证教学大纲的基本要求的前提下，内容上作一些必要的取舍，针对计算机科学技术和应用等相关专业，教学内容上适应地向专业倾斜，使基础课更好地为专业课服务，明确基础课的服务目标，让学生明了物理课程对后续专业课程的重要性，提高学习的积极性和主动性，以取得良好的学习效果，具体做法以下几方面进行：

（一）精选典型物理问题用计算机编程求解

大学物理课程一般在大一的下学期和大二的上学期进行，而大多数专业的计算机程序设计课程也恰好在此阶段展开，这就为物理课与计算机程序设计课相结合创造了有利条件。根据物理教学的不同阶段，可以精选一些典型的物理问题用计算机编程进行数值求解。例如在力学部分讲抛物运动时，先按教材讲授忽略空气阻力时的运动方程，求出精确解，然后补上空气阻力二次项，方程就变成非线性的了，让学生体验含有空气阻力时实际问题求解的难度，再介绍计算机数值计算的方法与思路，给出编程示范，作为综合习题让学生完成程序设计与调试，并与计算机程序设计课教师协商，程序调试可利用计算机上机课时间完成，通过这种方式，理论联系实际，既培养锻炼了学生解决实际问题的能力，又提高了学生学习物理课和学习计算机程序设计课双方面的积极性。又例如在振动学章节用计算机演示单摆大角度强迫振动的混沌效应；在热力学章节用计算机模拟二维布朗粒子运动；在电磁学章节用计算机编程求解一般位置的电场和磁场分布情况，像载流圆形线圈，根据毕粤--萨伐尔定律和对称性，教材上只给出了求线圈轴线上点的磁感应强度，但对其它位置的磁场分布情况计算就很难了，因此可在课堂上简单介绍计算机积分法，要求学生在此基础上利用计算机完成求解圆形电流非轴线上点的磁场分布情况，巩固和加深对物理定律及其适用范围的理解与把握，学习和体会计算机编程的方法与技巧。

通过精选少量典型物理习题利用计算机编程进行数值求解，以小论文或综合作业的形式布置练习，具体实施中充分征求计算机相关教师的意见并请求协助和参与实施，加强不同学科、不同课程之间的交流与协作，达到事半功倍的双赢的教学效果，充分体现大学物理课的基础地位与作用，体现计算机对物理学习和研究的重要性，知道这两门课程关系如此密切，学习的认真态度和积极性自然就得到了加强和提高。

（二）部分物理实验利用计算机仿真课件来进行

随着计算机仿真技术的迅速发展，大学物理的计算机仿真实验也得到普遍的关注与认同，成为大学物理实验的一个新的重要手段和工具，一些院校已开发出很多有特色的大学物理仿真课件，为我们在实验方面实施物理教学与计算机教学结合创造了另一个有利条件。可将全部物理实验内容分成三个部分:一部分按原计划实施，一部分实验由计算机仿真实验取代，还有一部分作为对比实验，既按真实实验进行，又做仿真实验进行对比。将仿真实验课件安装在机房和校园网上，方便学生操作。仿真实验虽然不可完全替代真实实验，但真实实验仪器因结构复杂精密、价格昂贵，不允许学生反复操作、随意拆装，以剖析仪器性能结构。仿真实验恰好在这方面能弥补真实实验仪器的不足，丰富了物理实验的手段与方法，拓广了学生的视角，也为以后计算机的应用开发掌握一些基本概念。

（三）结合电磁理论和量子理论章节内容，介绍计算机软硬件的发展前景

通过上面的一些做法使学生了解了计算机对物理学习和研究的重要性，但反过来物理学理论与技术的发展对计算机软硬件的发展所起的关键作用，在物理教学的相关内容中也应注意作些介绍，事实上每一代计算机的产生与发展都与当时的物理理论与技术水平密切相关。在电磁学和量子理论章节的教学中适当介绍一些与计算机相关的理论与技术知识，如量子信息、量子密码和量子计算机的原理、研究方向和技术难点，目前的发展状况等，让学生看到物理学理论对计算机软硬件发展的关键作用，以强调物理课程对后续专业课程的重要性、强化物理课教学目标的针对性，进一步从专业的客观需要方面促进学生提高学习物理课的自觉性和主动性。