计算物理课程的Matlab可视化教学探索

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  【摘要】“计算物理”是物理本科教学中重要专业课程之一。该门课程通常采用Fortain和C语言授课,本科学生利用这两种语言处理复杂物理过程显得较为困难,导致学生对该门课程产生畏难情绪,使得教学效果不理想。为此,我们在“计算物理”课程的教学中利用MATLAB实现大量物理过程的可视化教学,使物理过程变得直观、形象、容易理解和实现,激发了学生的学习兴趣,提高了课堂教学质量和效果。
  【关键词】计算物理 MATLAB 可视化教学
  【基金项目】重庆市教委科学技术研究项目基金(KJ120817)。
  【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)04-0191-02
  “计算物理”是以计算机及计算机技术为工具和手段,运用数学的方法,解决复杂物理问题的一门应用科学[1]。该门课程可应用于统计物理学、量子力学、量子化学、固体物理、核物理、地球物理、天体物理、等离子体物理与受控聚变等多个研究领域。由于本课程理论性较强,对学生的编程能力要求较高,特别是采用Fortain和C语言教学时,存在教与学的难度较大,学生兴趣不高,教学效果不够理想等问题[2,3]。而“计算物理”和“理论物理”、“实验物理”同等重要,是解决复杂物理问题的重要手段。因此,“计算物理”课程的教学改革有着重要的意义。为此,借助其他先进科学计算软件进行辅助教学变得十分有必要。
  MATLAB语言作为高级编程语言,因其编程高效、可视化好、交互性强、仿真逼真等优点,在科学研究和本科教学中的应用也日益广泛[4]。我们在“计算物理”课程建设中,在教学方法和手段上借助MATLAB软件进行了一些改革和探索,取得了良好的效果。本文通过多个实例介绍了MATLAB在“计算物理”课程教学中的应用。
  五、结语
  通过以上四个实例列举了MATLAB科学计算软件在计算物理可视化教学中的应用,结果表明MATLAB简化编程过程,形象生动地呈现物理过程和图像,对复杂物理过程可进行生动地仿真,使物理过程变得直观、形象、更容易理解,也激发了学生的学习兴趣,提高了课堂教学质量,取得了良好的教学效果,基于MATLAB的可视化教学方法值得在计算物理的教学中推广。
  参考文献:
  [1]马文淦. 计算物理学. 北京:科学出版社,2005.
  [2]李晓莉,张建飞. 计算物理的教学改革研究与实践——与MATLAB软件的完美结合.物理通报,2010,8: 57-58.
  [3]张杰. MATLAB在计算物理课程教学中的应用. 计算机应用与软件. 2005, 22(6): 131-132.
  [4]张志涌,杨祖樱. MATLAB教程(R2011a), 北京: 北京航空航天出版社, 2010.
  [5]卫彬,张龙,于强,等. 计算机仿真技术在单缝衍射实验中的应用. 物理通报,2013,1:75-76.
  作者简介:
  肖汉光(1980-),男 ,汉,湖北石首人,讲师,博士,主要从事科学计算、计算物理教学等工作。
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