淺談MATLAB輔助物理教學

摘?要：在物理學習過程中，對于抽象的概念學生很難建立穩(wěn)定清晰的圖像，難以理解和掌握。將MATLAB融入物理教學中，利用其簡單的編程與仿真功能，使物理現(xiàn)象可視化，幫助學生理解抽象的概念與公式，激發(fā)學生的學習興趣，使物理教學取得較好的教學效果。本文以MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學為例，擴大了教學中的研究方法與研究途徑，對于物理教學具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：物理教學;MATLAB;可視化

MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory，是由美國MathWorks公司推出的一款使用簡便、運算效率很高的科學計算軟件，它是以矩陣作為最基本編程單元的程序設(shè)計語言。MATLAB是一個功能非常強大的編程軟件，其語言簡單，擴充功能強，可開發(fā)性強，最主要的特點是其編程簡單，語句通俗易通，效率高。

物理學科概念與公式過于抽象、不易理解、學生缺乏興趣，是一門特別需要實踐操作的學科，把MATLAB運用到物理教學中，教學方式新穎，能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高學生創(chuàng)新及自主探索意識。同時運用MATLAB仿真等功能將抽象的知識點可視化，充分給予學生直觀感受，幫助學生理解知識，掌握知識。本文簡單介紹了MATLAB，并運用MATLAB仿真把楊氏雙縫干涉實驗可視化，闡述了MATLAB輔助物理教學的作用與優(yōu)勢。

一、 MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學

（一）楊氏雙縫干涉實驗原理

雙縫干涉是平行的單色通過S1、S2相距為d的兩個狹縫，小孔之間距離很近，因此小孔處振動頻率相等且相同。它們發(fā)出的光在擋板后的空間相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏幕上形成干涉條紋。兩束光在屏幕上的光程差為：

ΔL=L1-L2=y-d22+z2-y+d22+z2

形成的相位差為θ=ΔL2πλ，在屏幕上干涉強度為4A20cos2θ2

（二）MATLAB楊氏雙縫干涉實驗仿真

根據(jù)上述公式設(shè)計程序代碼，在MATLAB內(nèi)輸入并進行仿真，程序代碼如下：

（三）MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗的教學優(yōu)勢

學生在此之前已經(jīng)學習過光的基本特征和性質(zhì)，但沒有觀察過光的干涉現(xiàn)象，教材也未直接給出干涉現(xiàn)象的加強區(qū)和減弱區(qū)的分布規(guī)律，楊氏雙縫干涉實驗對于學生而言抽象，無法形成清晰具體的圖像。干涉是波動光學的重要內(nèi)容，但是光學實驗的課堂不容易操作，因為光學實驗需要穩(wěn)定的環(huán)境，復雜的光路調(diào)試也會占用較多的課堂時間。

MATLAB軟件具有強大的仿真功能，將其引入到高校物理實驗教學過程中并與實際操作有機地結(jié)合起來，能給學生直觀、形象、方便地演示實驗現(xiàn)象，加深對物理實驗的理解。因此采用MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學，可以根據(jù)公式仿真雙縫干涉圖像，形成清晰的實驗數(shù)據(jù)圖像，便于學生理解知識，掌握知識。

四、 MATLAB輔助物理教學的體會

（一）MATLAB能很好地激發(fā)學生的學習興趣。

（二）MATLAB能增加教學內(nèi)容的直觀性。

（三）物理教學中要注重教學方式的創(chuàng)新。

（四）正確運用MATLAB輔助教學。

五、 結(jié)論

通過MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗，我們可以感知到MATLAB的強大功能，物理之所以讓部分學生感到很難，不易掌握，就是因為物理概念及公式過于抽象，如果不做實驗，不給學生展示具體清晰的圖像，部分學生難以掌握。以及物理教學中一些看不到摸不著的概念，學生更難理解。利用MATLAB輔助物理教學可以很好地解決這些問題，且MATLAB語言不像C語言一樣復雜，其函數(shù)語句叫簡單，教師也能較快掌握并在課堂上運用。使教學方式多樣化，符合教育改革對教師提出的創(chuàng)新的要求。當然MATLAB的功能遠遠不止這些，對物理教學都有很大的幫助。

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作者簡介：

張彩云，山東省聊城市，聊城大學。