祝 丹
（武汉工程大学 理学院，湖北 武汉 430062）
摘 要：计算机软件在大学物理实验中的应用是物理教学过程中一项十分重要的改革和尝试。在实践的过程当中，计算机软件应用对于学生学好大学物理实验这门课程以及学生自身的成长各有利弊。在本篇文章中，作者根据自己的观察和思考，对这些利弊进行了总结，希望能够引起一线老师们的注意，发挥计算机软件的长处，抑制其弊端，真正发挥出现代科技对教学的促进作用。
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关键词 ：计算机软件；大学物理实验；利弊研究
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）03-0003-02
计算机作为第三次科技革命的代表产物，标志着人类从此进入到了信息时代。自从计算机诞生以来，其方便、准确和快捷的特点使其本身已经渗透到了各行各业当中。在最近几年的教学实践当中，教育工作者们逐渐发现，计算机软件的引入一方面使得教学更加生动有趣，方便准确和交流方便，为教学模式带来了革命性的变化；而另一方面，由于计算机软件的引入，老师们开始变得懒惰，教学过程中的教学思路开始模糊，并且学生们用于思考的时间在不断缩短，使得教学开始走向了一个令人生畏的方向。以大学物理实验课程为例，我们在在下面的文章中，对计算机软件引入的利与弊开始进行剖析。
1 计算机软件为大学物理实验总结带来的益处
计算机软件在越来越多的场合得到应用已经成为了一个历史发展的趋势和必然，并且在近些年的发展过程中，成功进入了各学科的教学一线。从个学科教学目前已经发展到了实验课程。在大学物理实验课程中，用计算机软件技术来进行实验数据的处理，实验结果的讨论以及实验范围的扩大，都成为计算机软件在这一领域的强项。
1.1 实验数据的处理
大学物理实验往往有很多的数据需要处理，在传统的教学和实验过程中，通过铅笔在白纸上进行计算的模式下，很容易让学生产生厌烦的情绪，并且人工计算太多的数据容易产生错误，并且碰到开方或者计算对数时使人们陷入到无奈当中，有时候即使运用科学计算器也于事无补。例如，大学物理中有一个关于液体粘度的测定用是落球法，需要用到一个直径在一毫米以下的金属小球放入到乘有某种液体的柱状玻璃容器当中，用秒表测出已定刻度线之间小球运动的时间，从而计算出小球运动的速度，然后根据小球受到的阻力来计算出液体的粘度。这个实验通常要做4—5组的实验来求取一个平均值，那么在取平均值时就有了几个不同的数值平均，第一是在放大镜下测量小球的直径，然后取一个平均值，第二是下落时间的平均值，第三个是直接每一个小球在液体中运行的速度平均值，第四个是分别用四个小球测出速度并且计算出粘度再求取粘度的平均值。至于各种方法的合理性，我们通过人工的计算往往是很难得出来结论的，但是，如果引入计算机软件以后，可以通过简单地每一组数据输入进去，然后选择所需要的结果，关于每一组方法所得到的误差就能够被估计出来，选择误差最小的计算方法，能够得到更加准确的结果。再者，如果我们要分析小球下落速度与直径的关系，在传统的分析体系中，往往是通过用图表或者折线的方法进行，这些对于三四个结果还好分析，如果涉及到十几二十个结果，分析起来就十分费劲了，这对一个人的劳动量是惊人的。但是，如果我们借助于计算机软件，只需要将测量得到的最原始的数据按顺序输入进去，在分析框中，选出自己所要的结果类型，计算机就会自动生成一系列的表格和图像，甚至对于曲线还能够拟合出来相应的曲线方程。对于不同的结果用不同的颜色进行标记，能够使结果一目了然更加清晰。
另外，对于每一个实验，专业的软件往往考虑的更加全面，例如，在测定随机误差的实验过程中，对于平均值，软件可以快速计算出算数平均值，几何平均值和算数平均值。振动周期和震动幅度等的分析在专业软件中直接可以对震动的区间和震动长度的误差进行分析，还可以直接得出震动在整个系列实验中的随时间或者别的因素变动的各类参数等，具有很好的统计效果。在对大量数据进行分析的时候，运用计算机软件可以做到随时对两个相互关联的因素进行数据处理，或许能够取得很好的效果，而这一点，在传统的用纸笔是无法轻易实现的。
1.2 实验结果的讨论
如果我们将一个班级的同学分成若干个小组进行物理的实验，当这些小组得出的实验结果不同时，如果运用传统的教学方式，需要将各自的结果进行比较，其任务量是可想而知的，也就是说对学生实验结果进行讨论是一个比较复杂的过程。运用现代化的软件处理学生们获得的实验结果，再结合多媒体的力量，将学生的得到的结果进行统计和处理，可以得到一个分布，然后与学生们进行结果的讨论和分析，对教学效果的提升有一定的积极意义。运用计算机软件，能够对看不到摸不着的东西进行直观的模拟，并且对很多物理量进行分析和对比。
在软件中，对结果的呈现也是一个十分重要的优势，这是运用表格等传统结果分析讨论模式所不具备的。例如，对不同组的数据，可以采用柱状图或者饼状图的方式进行呈现，更加直观的可以发现。加入一个年级的学生在做某一个物理实验中，例如对长度的测量，我们可以将误差在一个较小范围的组记为优秀，将误差范围大的记为差，中间的记为一般。那么根据统计软件的出来的结果，显示饼状图显示，可以很直观知道在整个年级中自己的实验结果处于怎样一个位置。如果加上多媒体的优势，我们可以将某一个小组的实验结果进行大屏幕的展示，通过学生自己的实验结果进行教学的推进是一个很好的教学方式，也算是对实验结果的讨论。
1.3 实验范围的扩大
大学物理实验中，很多的书本知识在实验现实条件下是无法进行的。计算机软件技术的引入使很多看似不可能的实验变成了现实，使很多在实验室不能做的实验在虚拟的环境中展示。例如一个简单的宇宙速度的推算，在实验室中是无法完成的。这个想法其实是来源于一个简单的想法。假如从山顶上平抛一块石头，平抛的速度越大，那么石头会飞的越远，那么当速度达到多大的时候，石头的落地距离能够超过地球的周长呢？也就是说，当速度达到多大时，抛出去的石头能够永远不掉下来呢？单纯地用语言来描述难免有些干瘪，那么，如果我们用计算机软件去模拟这样一系列的实验，我们可以逐渐增大平抛的速度，在模拟的状况下，我们可以直观看出石子的飞出距离，学生对这一概念的理解会深刻很多。
在某种情况之下，对实验结果的讨论必须在软件的环境下进行。例如，对磁场的认识是一个看不见摸不着的实验，在传统的教学模式下，很难通过自己的描述是学生在脑海中对电磁线圈周围的磁场强度和磁感线的排列有一个清晰的认识。运用现代计算机软件的模拟效果，将一个特定线圈和特定电流作用下产生的磁场进行三维的彩色模拟，可以使学生从全方位对线圈周围看不见的磁感线方向和密度进行直观的认知，对于电磁场和电磁波的存在和传播都能够有很好的认识，对于这部分实验内容与课本知识的结合也有很好的益处。另外，有兴趣的学生还可以根据自己对电磁场的认知，在计算机中输入几个相关的参数如线圈的直径、匝数或者电流的大小，从而建立起自己的电磁场模型，让两组参数建立的模型进行对比，或者对异形的电磁线圈进行考虑，得到线圈周围的磁感线分布。事实上，有心的学生会发现，例如电场、磁场、热场等场在模拟时有很多的共通之处，这也就是现代物理“场论”的一个重要体现，对学生从整体物理学的尺度上进行掌握和理解，对物理科学中体现出来的精神和思想能够有很好的认识。
2 计算机软件为大学物理实验总结带来的弊端
计算机软件在大学物理实验教学中纵然带来了很多益处，相对于传统的教学模式，纵然有很多的优势，但并不代表计算机软件就是万能的。在实际的操作过程中，我们发现，计算机软件在大学物理实验中的应用同时为我们带来了一些弊端。
2.1 老师们开始变得懒惰
计算机软件的引入使老师们摆脱了用小黑板和粉笔来为学生一步步推导实验原理和讲解实验过程的教学模式。在理论课上，直接用一张幻灯片就解决了全部的问题。实验的原理通过图片和旁边的文字解说为学生呈现出来，老师们通过一劳永逸的方法一举将自己从繁杂的劳动中解脱。更有甚者，有很多实验课的老师是通过下载别人的教学课件进行讲解的，本来自己可能就一知半解，除去了一步步的推导过程，将实验的原理和步骤直接暴漏给学生，学生的思维没有根据要求一步步的形成，对于学生实验思维和创造力的形成都很不利。运用软件，省去很多的中间步骤，老师就会越来越懒惰，长期对着自己的课件进行实验的讲解，难免造成思维的僵化，对自身业务和教学水平的提升带来了很多不利的因素。
2.2 教学思路开始模糊
大学物理实验的设置是一个系统的工程，在框架内对学生思维的锻炼和对知识的运用是一个很大也很重要的目的。一旦使用能够大大简化流程的计算机软件进行教学，有很多老师开始对实验或者教学的目的开始模糊，教学的思路也不像用粉笔和黑板时那么的清晰。形式的简化虽然带来了方便，同时也意味着思维和思路的简化。当实验仅仅变成了实验本身，如果操作不当，实验课程所应起到的作用就不会那么明显了。
2.3 学生思考时间缩短
如果我们在软件中简单输入几个参数，处理的结果就会给出来，那么我们还会关注数字本身的计算过程么？在物理实验中，计算机软件的应用正是起到这样一种作用。通常一个需要间接测量方法才能够得到的物理量，中间需要的是公式和方程式的推导，比如对电阻率进行测量时，我们需要公式的转换，但是如果运用软件，仅仅是在输入端输入一组数据，被测物的电阻率曲线（电阻率与温度的曲线）就会呈现出来，久而久之，可能对中间的转换就不会那么重视。另外，老师们依据软件的计算结果对实验结果进行讲解，相比于一个学生一个点一个点的在方格纸上描画所得到的体会是少了许多的，实验过程中的个人体验是十分重要的，在计算机软件引入后，强烈的个人体验开始减弱，学生对实验的思考时间大幅度减少，为他们在实验道路上继续走下去埋下了隐患
总结：计算机软件对大学物理实验而言，既有很多的优势，同时也存在很多的弊端，并且这两种截然不同的效果同样的明显。那么，在教学的过程中，如何更多的发挥优势，尽量的规避这些弊端，必然成为一个值得广大教师思考的话题。
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参考文献：
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