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摘 要：本文结合Matlab语言的特点,对大学物理的教学内容适当应用matlab模拟,使一些物理现象直观的观察到,让学生体会到学习物理并非枯燥乏味,而是一种乐趣,以此激发学生学习的兴趣,达到教学改革的目的.
关 键 词：大学物理改革MATLAB
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0214-01
大学物理是理工科院校学生必修的一门基础课,一般在大一的下学期开设,这时学生虽然有一定的数学基本知识,但由于物理教学仍停留在理论的层次上,繁琐的数学推导,让学生感觉到大学物理的理论性太强,与实际应用偏离很大,这导致一部分学生失去学习物理的兴趣,这一现象引起物理教师的对如何讲授大学物理做了一系列的探索改革,主要在教学方法上、教学内容上以及教学手段上都做了相应的改革方式,关于大学物理改革方法的文章也很多,如闫玉丽撰写的关于大学物理教学改革的思考[1],管薇的工科大学物理教学改革的思考[2],张明霞浅谈大学物理教学改革[3]等等.
如今,计算机技术的迅速发展,给我们提供了强大的计算能力,如mathematic、matlab等具有计算能力并有作图功能的软件被引入到物理教学当中,尤其是matlab,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成一个方便、界面友好的用户环境[4].大学物理课程中有许多抽象、复杂的物理规律和现象,用传统的方法讲授会使教学受到一定的限制.本文结合matlab语言特点,对大学物理的教学内容适当运用matlab模拟,让学生体会到学习大学物理的乐趣,激发他们的学习兴趣.
1Matlab在大学物理教学内容中的模拟应用
1.1Matlab在质点力学中的应用
运动学对刚刚进入大学校园的大一学生来说,既熟悉又陌生,内容上都接触过,但计算方法是大学学过的微积分,看似多了这么一点,给学生却带来很大的困扰.一部分学生由于微积分没学好,感觉物理难学,还有的学生觉得是高中的知识,简单,对大学物理也不够重视,等等原因,导致学生对大学物理失去兴趣.如果我们在课堂上,能用其他的方法解决同样的问题,会收到很好的效果.
这里举一简单的例子,用Matlab模拟一下斜抛运动.图1是抛体的射程和射高与抛出角之间的关系.从图1中我们可以直观的看出,抛出角是锐角时,射高随抛出角的增大而增大,而射程是先随抛出角增大而增大,然后随抛出角增大而减小.
1.2Matlab在声学中的应用
Matlab在机械振动方面的模拟应用也有很多,比如宿刚等写的《Matlab在大学物理课程教学中的应用》[5],代红权所撰写的教学论文《Matlab在物理教学上的一些辅助应用》[6]等等,论文里所列举的Matlab的应用实例,在这里就不在重复了,我们都可以把这些引入到物理课堂上,让学生感到学习物理能够开阔他们的视野,体会到物理与现实处处接轨.比如多普勒效应可以应用在医学上、移动通信和交通上、农业和气象等等方面,下面给出多普勒在声学一种常见的现象.火车人人熟悉,而火车从远而近时其汽笛声变响,音调变尖,相反地,火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低这其中的原理未必有人去探究,实际上这就是一种多普勒效应.现在用Matlab模拟一下.如图2上半部分是声源信号的波形图,下半部分是观测者接收到信号的波形图.从图2中可以很清楚的知道,观测者接收到的波像是被压缩了,很明显,其频率大于波源发出的信号频率.这样给学生讲火车汽笛声的变化就很容易理解,易被学生接受.
2结论
Matlab在大学物理其它方面的应用也很多,光学、热学以及电磁学,我们都可以适当的引入Matlab,比如光学中的杨氏双缝干涉、牛顿环等,热学中的麦克斯韦速率分布,电磁学中电偶极子的电场以及电势分布、电流环的磁场分布等,都可以用Matlab进行模拟演示.总之,巧妙的利用Matlab,不仅对大学物理的教学内容甚至教学手段都做到了适当的改进,这对学生来说,学习物理的积极主动性得到了提高,对教师来讲,不断的去探索教学改革,达到提高大学物理的教学质量.