应用计算物理方法于大学物理教学改革的研究

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数学物理方法课程的教学改革与实践

２．教学方法的改革。我们在教学过程中应该不断思考哪种教学方法可以最大地激发学生的学习兴趣，调动学生的自主学习性，提高教学效果。①利用多媒体优势实现可视化教学。我们对传统的、单纯板式教学的模式进行了较大的改革，强调现代教育技术的推广和使用。合理地选择 “ 数学物理方法 ” 课程中有富含物理背景的内容，根据解析解作图和数值计算结果作图的思想，利用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｅａ、ＭａｔＬａｂ等软件将复杂的公式、计算结果等用图像清晰地表达出来，使学生对物理规律有一个更清楚、更深刻、更直观的认识；对一些随时间演变的方程，还可以用动画来表现。这种可视化教学模式不仅可以传达更多更新的教学内容，而且可以展示出该课程更丰富的物理现象，达到数学与物理的有机结合和相互融合，大大提高了课堂的教学效率。 ②应用网络辅助教学平台提高学生的自学能力。基于石河子大学网络教学系统，我们开发和建设了数学物理方法课程的网络教学平台，上传了本门课程的诸多课程资源，包括课程简介、教学大纲、课件、习题库等，还开设了网络交流答疑平台，在这个平台上，学生可以对该课程的内容进行互相探讨学习，可以发表一些个人学习的经验之谈，学习中遇到的一些问难等等。对于其中的一些疑难问题，同学之间可以进行互相帮助，互相答疑，在解决困难的同时，牢固自身的知识体系。另外，对一些普遍存在困难的问题，教师也会进行相应的答疑。通过网络平台的开通，有利于培养学生互相交流，互相沟通的能力。 ③发展研究性教学，
提高学生的创新能力。在数学物理方法的教学过程中，我

浅谈应用型本科院校中大学物理教学改革

浅谈应用型本科院校中大学物理教学改革发布时间：2021-12-17T07:06:04.243Z 来源：《教育学文摘》2021年第36卷22期作者：梁盼[导读] 针对目前应用型本科院校中大学物理教学现状，本文对大学物理教学改革进行了反思。

梁盼上海电机学院上海 201306摘要：针对目前应用型本科院校中大学物理教学现状，本文对大学物理教学改革进行了反思。

文章从教学内容和教学手段两个方面入手，浅谈大学物理教学改革新思路，为提高大学物理在应用型本科院校人才培养中发挥其应有的作用和地位。

关键词：大学物理应用型本科教学改革(一)大学物理的重要性与现状大学物理是大学理工科（除物理类专业）本科生必学的一门公共基础课程，它重在研究物质的基本构成与自然现象的基本规律。

通过大学物理课程的学习，不仅可以使学生逐步掌握物质的结构、性质、物质间相互作用及其运动的基本规律等知识，还培养了学生利用建立物理模型解决实际问题的能力、定性分析与定量计算的能力。

大学物理课程的学习，可以开拓学生的思路，激发其对事物和现象的探索与创新精神，增强其对自然科学研究的兴趣，提高其解决问题的能力，提升其在科学技术方面的整体素养。

大学物理的学习为理工类本科生学习后续课程奠定了坚实的基础，优秀的大学物理教学能让学生在认识事物与现象的基础上有所思考,培养学生的基本科学素养,最终锻炼学生的逻辑思考能力和解决问题的能力等。

相对于面向应用类的专业课来说,大学物理课程更像是一种工具。

而目前在众多应用型本科教学中，多以就业为目的,而忽略了对此类“工具”使用方法的培养，学生学习大学物理课程的积极性不高，最终导致学生学的很“疲惫”，老师教的很“疲倦”。

从教材的角度来说，大学物理由于课程的特殊性,教材内容的设置略显枯燥,定理与定律略显繁多,使得高中物理较差的学生无法接受,因此丧失了学习的积极性；从教学角度来说，教学手段主要以板书和PPT为主，而使用PPT的过程中，大部分教师也只是将多媒体代替板书的水平,只起到了一个展示的功能，不够新颖有趣；从学生的角度来看，学生更对新鲜、有趣的事物感兴趣，比如游戏、视频等，另外一个重要的原因，自律较差的学生们更对自己的手机感兴趣。

数字技术在大学物理牛顿力学教学中的研究

数字技术在大学物理牛顿力学教学中的研究一、引言物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。

物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明发展的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。

它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他科学和工程技术的基础。

但是在大众化教育普及之后，大学物理课在教与学上矛盾毕现：教师受到课时削减的压力；学生则抱怨课程的内容过于陈旧。

怎么解决这个问题呢？如何避免一个教与学双输的局面呢？作为大学物理教师的确感受到诸多的责任与压力。

我们如何才能找到一个解决问题的出路，如何将学生从中学应试压力下形成的惯性思维中解放出来，能否在严谨的逻辑及数理训练模式下使大学物理有一个新的变化，在学习一种思维方式的同时，能否让学生掌握一种技能，在学习大学物理课程时，能否同时给学生一个新的知识支点，真正的实现授人以“渔”，这些问题是摆在我们教师面前一个个全新的课题。

由于计算机的普及，学生对数字化的东西很感兴趣，但是却又不知如何有效的利用计算机技术。

经过探索，我们找到一个结合点，利用matlab把大学物理数字化，必将对大学物理课程改革产生积极而深远的影响。

matlab是可视化的面向科学计算的优秀科技应用软件，其特点是语言简单，函数库丰富，图形化功能强。

近年来，matlab因具有很好的数据处理功能及强大的绘图功能而在各个专业得到广泛应用[1-2]。

如果能把经典的物理学课程融入现代因素，则可以使之变成实践性很强的一门课程[3-5]。

可以在每一章给出数个典型题目，对教学内容做适当调整，通过分析解决问题的思路，最后给出matlab程序的实现，有助于使用者化抽象思维为形象思维，更好地理解概念、发现规律。

通过matlab程序，不仅可以求出解析解，对于不存在解析解的物理问题，可以借助matlab相应的函数，求出数值解，使学生能直观地领会和理解课程的内容和实时处理结果。

“双万计划”背景下大学物理课程改革与实践

鞍山师范学院学报Journal of Anshan Normal University2021-04,23(2)：31-35“双万计划”背景下大学物理课程改革与实践刘东州，侯志青(河北农业大学理学院，河北保定071001)摘要课程建设是我国本科高校建设的重中之重，根据“双万计划”的建设要求,对大学物理课程改革进行了探索与实践.将现代数字技术引入大学物理的教学中，使传统教学中难以表达的内容更加直观易懂，实现了教学内容的科学合理优化.教学过程中采用线上线下相结合的教学模式，使学生对物理学有了更加深入的认识和理解，激发学生的学习兴趣,培养学生学习的自主性和创造性.同时，在课堂上适当引入思政教育，潜移默化地培养学生良好的科学素养和道德素养.关键词大学物理；数值模拟；线上线下；思政教育中图分类号O4-1文献标识码A文章编号1008-2441(2021)02-0031_05高等院校肩负着培养既能掌握新知识、新技术，又能创造新技术的高素质人才的重任•大学物理是理工类学生公共必修基础课程，在培养学生的科学精神、科学思维方法和提高学生科学研究能力等方面，具有其他课程无法替代的作用•学习大学物理,不仅能够为以后的专业课打下良好的基础，还能够激发学生学习科学的兴趣.2019年11月，教育部实施一流本科课程“双万计划”，将认定万门左右国家级一流本科课程和万门左右省级一流本科课程,以推动我国本科教育教学质量的整体提升•“双万计划”是一流本科建设的“抓手”，也是一流本科建设的“突破口”[1].一些高等院校对大学物理课程进行了改革，取得了一定的效果[2-5].在“双万计划”的引领下，河北农业大学结合大学物理课程的特点，对大学物理进行全面的教学改革与实践，改革传统的教学方法和教学手段，采用更为科学的考核体系评价学生学习情况.1优化课程内容，注重理论与应用相结合根据《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》，结合人才培养方案，从现代科学技术发展和应用型人才培养的总要求出发决定大学物理课程体系的框架，注重理论知识的应用,优化课程内容•具体包括以下两个方面：1•1大学物理分模块教学，教师做到“点对点”服务大学物理面向的是全校理工类学生，涉及的专业比较广•在有限的学时内，大学物理课程应当把基本概念、基本规律和基本思想的论述作为重点,不仅要考虑物理学本身的科学性和系统性，还要考虑人才培养目标对物理学素质的要求,综合考虑并选取适当的内容和体系•将整个课程分为力学、电磁学、振动与波动及光学、热学和近代物理4个模块•每个模块都有相应学分:力学2学分,重点讲授质点力学、刚体力学；电磁学2学分，重点讲授电场和磁场;振动与波动及光学1学分,重点讲授振动、波动和波动光学;热学和近代物理2学分，重点讲授热学的微观统计理论、热力学基础、相对论以及量子力学的发展.4个模块分为2个学期进行讲授•大学物理课程不再是“一刀切”模式,学生可以根据专业所需选择收稿日期2020-12-13基金项目河北省教育厅高教教改项目(2019GJJG103)；河北农业大学教研项目(2021C-22)•作者简介刘东州(1977-),男，河北定州人，河北农业大学理学院讲师，硕士，主要研究方向为物理教育和计算物理.32鞍山师范学院学报第23卷所学的基本理论知识.教师根据各个院系学生的不同需求因材施教.如土木专业重点讲授力学、热学和近代物理知识，电子信息专业重点讲授电磁学和光学知识.教学内容与学生专业课程紧密结合，使物理教学和专业人才培养之间实现“点对点”服务.将所有讲授大学物理课程的教师分成4个研究小组:力学组、电磁学组、光学组、热学和近代物理组，每个小组负责制定所属模块的教学计划、教学内容，建立试题库.每个小组指派专人专责所属模块的建立，使其他教师更有精力投身到教学研究中去.1.2重视物理理论知识与应用相结合增加物理应用知识的比重，教学内容更加贴近应用.团队的教师利用课余时间，收集各种资料和视频，主要介绍物理理论在实际生产、生活中的应用.例如,在给学生讲解伯努利原理时，可以介绍学生熟知的“香蕉球”“旋转球”的应用原理，鼓励学生把物理理论应用到平时的足球、乒乓球运动中，介绍古代“公道杯”的来历让学生体会古人的智慧;讲解多普勒效应时，可以向学生讲解电子眼测车速的原理和雷达反侦察抗干扰技术;讲解偏振光时，介绍偏振片眼镜、3D立体电影的原理.另外，还可以让学生利用所学知识解释生活中的一些现象,例如,在讲解角动量守恒定律时，介绍中国“梦之队”，播放中国跳水队员获得奥运会金牌的视频，先让学生仔细观察跳水运动员的动作:在空中收缩双腿和双臂,临入水时展开双腿和双臂，然后让学生利用所学知识解释其物理原理等.学生通过学习和讨论，了解到生活中处处蕴含着物理知识,物理和我们的生活息息相关，真正体会到“物含妙理总堪寻”.这样,既讲解了物理原理,又指出了其应用方向，有助于学生开阔视野,提高科学素质和综合应用的能力.2利用计算机软件实现大学物理的数值模拟目前，实验研究、理论计算和计算机模拟是科学研究的3种主要方法.运用计算机软件的数值计算、符号计算和图像显示功能,处理所需解决的问题，并将数据可视化（如二维和三维的可视化及其光照、色度等图像处理和动画等）显示，甚至是更高级的动态仿真模拟［6］等.根据教学的需要,在传统的教学中引用现代技术，适当加入MATLAB软件的应用，一方面使学生更加容易地理解所学的知识;另一方面,能够调动学生的学习兴趣和积极性，完成对所学知识的巩固和拓宽.2.1动画效果对于一些比较抽象难懂的物理问题，可以利用软件对物理过程进行实时动态演示,表现方式形象且直观,能使学生产生浓厚的兴趣［6］.例如,在讲授振动中的李萨如图形合成时,传统的方法是将分振动中的时间参数消去,得到横坐标和纵坐标之间的关系一轨迹方程,推导比较繁杂，一般的教材仅仅是直接写出频率比为1:1的分振动轨迹方程，从而导致学生对知识的理解不够直观,限制了学生对知识的深入理解.为了弥补上述不足，可用编程的方法动态实现.图1为动态李萨如图形合成，以更直观的旋转矢量法来代替相互垂直振动的两个分简谐振动，合振动以动画的方式呈现出来,表现更为直观形象,形式新颖.另外，更改相关参量（比如振幅、频率和初相）的数值，可以直观并深入地了解分振动方程中各参量的影响，从而理解方程中各参数的意义和作用.利用动画技术可以形象直观地显示整个物理过程,再现真实的物理情景，从而加深了学生对于物理过程的印象，提高了学生的学习兴趣.2.2模拟和三维显示课堂上，传统的教学很难讲解关于图像的显示，因此限制了学生的空间理解能力.利用编程的方法模拟实际的物理现象或过程，并利用三维显示技术再现结果,图2为编程模拟的夫琅禾费方孔衍射示意图.通过数值模拟,学生更直观、深入地理解物理定理、定律和现象,提高了教学效果.2.3色彩技术真实的世界是一个多彩的世界，传统的教学方法难以表现，利用计算机模拟的方法可以实现图像的色彩化.图3为编程实现的红光圆孔衍射示意图，其中引入了色彩技术再现实际的物理现象，结果更真实可信.第2期刘东州，等:“双万计划”背景下大学物理课程改革与实践332.4实验数据的拟合物理实验与物理理论相辅相成不可或缺•在物理实验中,所得数据需要经过一定的处理方可得到最终的结果•利用计算机软件进行数据处理并作图，可以大大减少学生手工绘图带来的实验误差,使实验结果更加准确•例如，共振法测量金属杨氏模量的实验中，金属的基频数据不能通过直接测量获得，而是需要依据附近位置所测量的共振数据画出曲线图再进行估算的方法获得，但是,人工所得曲线不够准确，不利于处理，导致实验误差较大•如果采用编程的方式对实验数据进行拟合,可以减少不必要的误差,并获得更准确的实验结果.图1动态李萨如图形合成图2夫琅禾费方孔衍射示意图图3红光圆孔衍射示意图3实行线上线下混合式教学模式充分利用学校提供的教学平台优势，建立大学物理课程网站.网站资料齐全，每个章节包含PPT课件、微课视频、作业习题库、章节测试题、应用视频资料、课外拓展知识等•微课视频是根据具体的教学内容有针对性地设计，有些视频分成几个微片段，分为重点、难点、作业习题的讲解,作业习题课和章节测试题便于学生巩固对理论内容的理解•应用视频资料和课外知识拓展既开阔了学生的眼界，也提高了学生学习科学的兴趣.在教学过程中,实行线上线下混合式教学模式,配合启发式、对比式、讨论式、探究式等教学方法,将大学物理教学分为线上学习、课堂讲授、线上交流讨论、线上作业或者测试、成绩评定5个阶段.3.1线上学习学生登陆学习网站进行线上学习，线上学习分为线上预习、线上自主学习、线上复习3种学习模式•对于重点、难点的内容，教师提前发布任务点，要求学生进行线上预习，通过观看PPT课件和微课视频了解本次课程的内容，带着问题进入线下课堂学习，为课堂学习做足准备•对于一些比较简单的内容或者一些理论拓展知识,要求学生线上自主学习，通过观看网站提供的PPT课件、视频资料等内容加深对理论知识的理解.另外,还录制了作业习题讲解视频，学生可以反复观看，有利于学生随时复习•学生学习物理知识不再受时间和地域的限制，可以通过反复观看教学视频,加深巩固所学的知识内容.3.2课堂讲授在课堂理论教学中,采用启发式、引导式、讨论式等多种教学方法,利用课堂板书、多媒体课件和学习通平台，通过板书理论讲授、计算机软件数值模拟、动画演示等多种教学手段，使每一个教学环节都能激发学生学习的兴趣•在课堂上,教师不再“满堂灌”，教师可以提出问题，让学生分组交流讨论,然后派代表回答,教师再做补充•对于一些重点、难点的知识,教师可以重点讲授，加深学生的理解•鼓励学生把理论知识应用到实际生活中，使学生了解物理理论的应用和物理前沿知识•3.3线上交流讨论由于课堂的时间有限，教师不可能在课堂上解决学生的所有问题，教师和学生线上交流的时间比较多，因此专门开辟了讨论专区•课堂结束后，教师发表本节课的讨论话题，鼓励学生积极参与讨论•学生也可以发表话题,互相沟通交流•另外，充分利用QQ或者微信软件，建立大学物理学习群，学生可以与34鞍山师范学院学报第23卷教师随时交流，及时解决学习中遇到的问题.3.4线上作业或测试学生学习完课程的理论内容后，教师要留作业考查学生学习的效果.以前收纸质版作业时，往往是第一次课的作业，上第二次课时学生收齐交给老师，教师批阅以后,最早第三次课发给学生.现在教师在网上平台发布作业,规定提交作业的时间.学生提交后，教师网上评阅，可以把问题及时反馈给学生，大大提高了批改作业的效率.在第二次课堂讲授的时候，教师就可以针对学生的作业问题进行重点讲解,作业反馈效率明显提高.章节学习完之后，学生还可以登录到网上完成章节测试题，提交后系统自动打分，便于学生了解知识的掌握情况，及时查漏补缺.3.5制定合理的成绩评价体系制定合理的成绩评价体系，力求全面、真实反映学生学习的全过程.根据线上线下的学习情况综合评定学生成绩，其中线上占30%,线下占70%,线上成绩主要包括观看视频、作业、章节测试、主题讨论等，线下成绩主要包括课堂出勤率、课堂表现情况、期末考试等，综合评定给出学生成绩.课程考核的改革,更加注重学生平时学习的参与度,评测学生学了哪些知识、懂得了哪些理论、是否积极参与,从而最大限度地提高学生的学习兴趣，提高教学效果.在教学实践中,发现学生比较喜欢线上线下混合式教学模式.对课程的任务点、章节测试完成率达到了99%以上，学生对课程网站的评价也很高.这也给了教学团队很大的信心，继续优化网站,争取更好的教学效果.4课程思政融入大学物理教学教师的职责是“传道、授业、解惑”，不仅要传授学生理论知识，还要注重学生思想道德的培养.因此在课程中除了讲授专业知识外，还加入了思政教育.物理教学不仅要培养学生积极探索、实事求是、刻苦钻研的科学精神，还要培养学生具有正确的人生观、价值观[7-8].4.1中国科学家的励志故事教师在对物理知识的讲授过程中穿插介绍中国科学家的故事，如，中国“两弹一星”功勋科学家的故事，“万能”科学家钱伟长“祖国需要就是我的专业”的励志故事,港珠澳大桥的总设计师孟凡超等.通过介绍科学家的励志故事,引导学生学习他们热爱科学、勇于探索、持之以恒的科学精神,培养学生的爱国情怀,增加学生的民族自信心和自豪感.4.2物理定律与生活中的道德、法规相结合教师不仅要讲授物理知识,还要将其与生活中的道德、法规相结合,在讲圆周运动时,做圆周运动的物体都要受到向心力的作用，如果失去向心力的约束，将偏离圆周运动轨道而飞离出去，说明无规矩不成方圆.现实生活中，我们只有严格守法，遵循法律的约束，才能获得人身和学术上的自由，活出精彩有价值的人生.在讲动量定理时，可以就高空抛物被列入刑法进行介绍，利用动量定理对高空抛物进行定量的计算，使学生深刻理解高空抛物的严重危害.这样不仅应用物理知识解决了实际的问题，同时还让学生体会到遵守规则、法律的重要性.在讲牛顿第三定律时，由于任何物体都有作用力与反作用力，你给予他人什么,他人也会回报你什么，因此在日常的学习和生活中，要时刻铭记“己所不欲勿施于人”，不要事不关己高高挂起，“赠人玫瑰，手有余香”，在有能力的条件下尽力帮助他人等.这样既讲授了理论知识,又向学生传递了做人的道理，在“润物细无声”中培养了学生良好的道德品质.4.3科学素养与文学素养相融合理科生不仅要有严谨的科学素养,也要有良好的人文素养.在课程网站中增加了科学素养与文学素养相融合的内容，如通过介绍一些诗词蕴含着的物理现象，提高学生的文学素养.学生不仅领略到诗词的魅力，还能引发对物理知识的思考,得到了科学与美的双重享受.例如，在质点相对运动中引用毛泽东的诗词《送瘟神》，“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，充分体现了运动的绝对性和静止的相对性;杜甫的《赠卫八处士》“人生不相见，动如参与商”，把涉及运动的物理现象融入诗句中[9].在欣赏诗词美第2期刘东州，等:“双万计划”背景下大学物理课程改革与实践35妙意境的同时也注入了科学的元素,引导学生多方面发展.4.4增加物理前沿知识通过介绍物理前沿知识,让学生了解光伏发电、纳米材料、微波、低温、磁悬浮等知识,了解我国科学技术的发展,拓展学生的视野,激发学生学习科学的兴趣•不仅能使学生学习理论知识，还可以向学生展示最前沿的科学知识，了解当今科技的发展•学生心中有了目标，就有了学习的动力，在大学期间就不会彷徨迷茫,就会为了目标而努力•5结语在“双万计划”的引领下，课程团队对大学物理课程进行了改革和实践，取得了一定的教学效果，与传统的教学相比，学生的综合应用能力明显增强•在以后的教学中，将继续总结先进的教学经验,及时更新网站教学资源,不断探索大学物理教学改革与实践，努力提升教育教学质量，建设大学物理一流本科课程.参考文献[1]马廷奇.“双万计划”与高等教育内涵式发展[J].江苏高教,2019(9)：15-20.[2]张昌莘.工程教育观下大学物理理论和实验课程改革的探讨[J].大学物理,2020,39(7)：45-48.[3]焦健，韩飞，齐海燕.基于超星泛雅平台的大学物理混合教学模式研究[J].长春师范大学学报,2020,39(8)：166-169.[4]殷仕淑，许晓丽，段凯宇.地方高校非物理专业大学物理课程教与学[J].教育教学论坛,2020(36)：156-158.[5]陈大伟，斯小琴，吴约.基于超星泛雅平台大学物理翻转课堂在线课程资源建设与应用实践[J].青海师范大学学报(自然科学版)，2019,35(1):77-82.[6]于万波.基于MATLAB的计算机图形与动画技术[M].北京：清华大学出版社,2007.[7]梁萍，张弛，陈梅.大学物理中的课程思政——以“角动量守恒定律”为例[J].科教文汇(中旬刊)，2019(12)：73-74.[8]曾利霞，梅策香，柳钰.大学物理“课程思政”教学实践——以动量定理为例[J].科技风,2019(3)：30.[9]刘大利.物理与文学知识的渗透[J].物理教学探讨,2006(14)：44-46.The Reformation and Practice of College Physics under theBackground of“ Double Ten Thousand Plan冶LIU Dongzhou,HOU Zhiqing(College of Science,Agricultural University of Hebei,Baoding Hebei071001,China)Abstract Course construction is the most important task in the construction of undergraduate colleges and universities in China.The reformation of college physics course is explored and practiced according to the construction requirements of“Double ten thousand plan”•The modern digital technology is introduced into the teaching of college physics,which makes the content more intuitive and easier to understand than in traditional teaching,and scientific and reasonable optimization of teaching content is realized.Online and offline teaching mode is adopted in the teaching process,which enables the students to have a deeper understanding,increases their interest in learning physics,and cultivates their autonomy and creativity.At the same time,the ideological and political education is introduced into the classroom,which develops their good accomplishments of science and morality.Key words College physics；Numerical simulation；Online and offline；Ideological and political education(责任编辑：陈欣)。

新形势下数学物理方法教学模式改革探索

第２７卷第５期
２０１３年１Ｏ月
合肥工业大学学报（社会科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＳｏｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）
ＲｅｆｏｒｍａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｎＴｅａｃｈｉｎｇＭｏｄｅｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＭｅｔｈｏｄｉｎＮｅｗＳｉｔｕａｔｉｏｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｌｅａｒｎｉｎｇｏｆｍａｎｙｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｕｒｓｅｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓａｎｄｉｎｔｈｅｔｒａｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅｉｒａｐ — ｐｌｉｃａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄａｐｔｔｏｎｅｗｔｅａｃｈｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔ，ｓｏｍｅｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍｏｆｔｈｉｓｃｏｕｒｓｅａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｐａ —

大学物理计算机辅助教学改革的思考和实践

念。
（一）从重教轻学到以学为主、以教为导观念的转变
建构主义学习理论认为：习不仅是理解和记忆知识，而且要对新知识进行分析、检学验和批判，从而形成自己对事物的概念。学习过程并不简单是信息的输入、存储和提取，而是在一定的情景下，利用必要的学习资料和学习手段，借助教师或学习伙伴的帮助，通
过人际问的协作活动而实现的意义建构的过程。因此，教师在教学中的角色应由主宰者
转化为引导者，教师应该主动地引导、疏导和指导学生：导其方向，疏其障碍，启其疑
窦，其困惑，正其谬误；最大限度地引发学生的积极性，让学生主动地获得知识，发展解
智能，能动地改造客观世界与主观世界，达到自我完善。（）从获得知识到获得知识与提高能力相结合的转变二
技术，把握不好教学节奏，未能充分发挥教师的主导性和学生的主体性，导致学生大脑疲劳，思维跟不上 ……因此，耍使计算机辅助教学的优势得以充分发挥，必须更新教学思想和观念，理顺计算机辅助教学与传统教学之间的关系，构建新的教学模式和教学方法。
二、更新大学物理教学思想与观念
充分发挥大学物理计算机辅助教学的优势和内涵，首先要从根本上转变教学思想和观
用。而在我国，随着高等教育改革的全面展开和教学硬件设施的不断改善，大学物理计算机辅助教学逐步发展完善，大体经历了电子教案、ＭＡＭｌｍｄｏｐｔｓｓｄＣＩ（ｕｉｅｉＣｍｕｒｓｔｔａｅＡｉｅＩｓｕｔｎｎｒｃｏ）课件、计算机模拟实验和网络课程这一过程。ｔｉ大学物理电子教案将文本、图像、图形、公式等集成于文档，便于在教学中演示，从而节省了教学时间，在某种程度上缓解ｒ大学物理教学内容多、课时少的矛盾。大学物理

提高大学物理课堂教学质量的课程教学改革探析

提高大学物理课堂教学质量的课程教学改革探析摘要：《大学物理》是高等学校理工科开设的一门必修基础课。

根据大学物理课程特点和具体内容以及目前在教学中普遍存在的问题，结合作者讲授大学物理的教学实践，在大学物理教学内容、教学模式和考核办法的改革上进行了初步探析，以期切实提高大学物理课堂教学质量。

关键词：课堂教学质量；大学物理；教学改革中图分类号：g642.0 文献标志码：a 文章编号：1674-9324（2013）18-0279-03一、引言大学物理学是研究物质的基本结构、运动形式、相互作用和转化规律的学科，其基本理论和方法渗透在诸多自然科学领域，也有力地推动科学技术的发展和创新[1]。

大学物理学涵盖的内容包括由力学、热学、电磁学、光学所组成的经典物理学与由相对论和量子力学所组成的近代物理学。

高等学校理工科各专业开设大学物理学课程，不仅是学生后续学习专业知识的基础，是培养和提高学生综合素质和科技创新能力的重要内容和环节，同时也是增强学生科技意识和科学方法论的有效方法。

随着科学技术的迅速发展，大学物理学与各学科间相互交叉、相互渗透、相互融合，这为学生在专业领域中有所发现、有所创造、有所进步奠定了一定基础。

大学物理学涉及内容广泛、概念抽象、公式繁多。

目前，学生潜意识里觉得大学物理难学，害怕学习物理，容易对物理产生畏惧感。

大学物理课程内容理论性强，容易使学生感到枯燥无味。

学生对物理在生产生活中的应用、对科学技术的推动作用认识不足，认为物理与自己所学专业关系不紧密，从而失去学习动力。

学生从中学物理的恒量过渡到大学物理的变量，在用积分法求解物理问题时感到抽象，不易理解，不能将微积分的思想、原理和方法与物理问题相结合。

单一的多媒体教学方式是单向传授知识的过程，留给学生思考的空间少，不利于调动学生思考，不利于学生消化吸收，使教学变成了单向的知识灌输。

鉴于上述问题，本文主要针对大学物理教学现状以及教学过程的实际情况，并结合本校理工科非物理专业的特点，就教学内容、教学模式和考核办法等方面提出一些改革见解。

“数学物理方法”课程教学改革与实践

“数学物理方法”课程教学改革与实践-教育论文“数学物理方法”课程教学改革与实践郭裕，鲁耿彪，王成志（长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙410000）摘要：“数学物理方法”是物理学、电子信息学等诸多理工科专业的一门重要的专业基础理论课，在自然科学和工程技术中处于十分重要的地位。

本文根据“数学物理方法”课程的特点，结合教学实践，从该课程的教学方法和教学内容等方面阐述了教学改革的思路、现代信息技术与“数学物理方法”课程教学的整合以及如何培养学生的创新能力和综合能力。

关键词：“数学物理方法”；教学改革；现代信息技术；整合DOI：10.16083/中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671—1580（2015）07—0054—02基金项目：本文系长沙理工大学教学改革项目（项目编号：JG1460）的研究成果。

收稿日期：2015—01—15作者简介：郭裕（1980—），男，湖南湘潭人。

长沙理工大学物理与电子科学学院，副教授，博士，研究方向：量子光学。

鲁耿彪（1980—），男，湖南岳阳人。

长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师，博士，研究方向：冷原子物理。

王成志（1976—），男，山东潍坊人。

长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师，博士，研究方向：量子光学。

“数学物理方法”是物理学、电子信息学和光信息学等诸多理工科专业的一门重要的基础理论课，［1］［2］在自然科学和工程技术中处于十分重要的地位。

通过“数学物理方法”这门课程的教学，不仅可以帮助学生掌握复变函数、数学物理方程等理论物理的基本数学工具，同时还可以培养学生严谨的逻辑、推演和抽象思维等理性思维能力。

通过该课程的学习，学生应该能够独立解决在今后学习和工作中遇到的数学物理问题，更重要的是培养独立分析、解决问题的能力，为今后从事不同专业方向的工作打下坚实的基础。

然而，一方面，“数学物理方法”课程的特点是内容多而抽象，题目繁而复杂。

而传统的课堂教学基本是用粉笔进行公式的推导，枯燥、乏味、生硬的符号板书使学生眼花缭乱，无法调动学生的学习兴趣，严重影响了学习效率。

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图３一个做平面布朗运动的粒子离开初始点的距离与平均距离结果如图３所示。图３中可以看出，在平面上做布朗运动的粒子，
其离开初始位置的平均距离随时间在不断增大。学生们通常认为粒子离开初始位置的平均距离应该在初始位置附近，其理由是：做布朗运动的粒子，其步长在一定范围内改变，而沿平面各个方向的运动概率相等，因此粒子只会在初始位置附近来回。通过计算机模拟的演示，学生认识到直觉判断上的错误，从而去寻找对这一现象的更深层次的理解。因而计算机模拟有时可帮助发现一些直观上不易发现的规律，这样一些意外的发
６．结论提出了基于小波变换和ＳＶＭ的新闻主题字幕区提取算法，分两步完成。第一步对主题字幕帧进行基于小波变换的特征提取，第二步采用支持向量机（ＳＶＭ）的训练方法，提取主题字幕区。实验证明该方法能够有效提取新闻主题字幕区。
参考文献［１］Ｉ．Ｇｕｙｏｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｐａｔｔｅｒｎｒｏｃｇｎｉｔｉｏｎａｎｄａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，１９９１（５）：３５３－３８２．［２］Ｔ．Ｍ．Ｃｏｖｅｒ．Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｌｉｎｅａｒｉｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｐａｔｔｅｒｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，１９６５（３）：３２６－３３４．［３］庄挺越，刘骏伟，吴飞等．基于支持向量机的视频字幕自动定位与提取［Ｊ］．计算机辅助设计与图形学学报，２００２，１４（８）：７５０－７５３，７７１．
小时，行星１的轨道半径不断减小且不再是圆形轨道，这是两颗行星间的引力作用引起的。这样，通过计算机数值求解，学生们就能从直观上观察到各个行星的运动规律，从而加深对这一物理过程的理解。因此计算机数值求解的训练可帮助学生们培养利用计算机解决复杂的物理和工程问题的能力。
图１行星１的运动轨迹（ａ）恒星质量Ｍ为１．９９×１０３０，行星质量ｍ为５．９９×１０２４（ｂ）恒星质量Ｍ为１．９９×１０３０，行星质量ｍ为５．９９×１０２８图２为ＥａｓｙＪａｖａＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ软件模拟的两颗行星围绕恒星运行的动画图像。这些直观、生动的模拟动画可以使学生在学习过程中得到更多的乐趣，从而激发他们对物理学的好奇心和兴趣，提高他们的学习主动性。
｝ｅｌｓｅ｛
ｙ＝ｙ－Ｍａｔｈ．ｐｏｗ（Ｒ＊Ｒ－ｄｘ＊ｄｘ，０．５）；
｝
ｒ＝Ｍａｔｈ．ｐｏｗ（ｘ＊ｘ＋ｙ＊ｙ，０．５）；
ｒ１＝ｒ＋ｒ１；
ｎ＝ｎ＋１；
ｒ２＝ｒ１／ｎ；
（下转第１３７页）
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高校理科研究
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图４主题字幕区提取流程图
５．实验结果
在ＶＣ＋＋６．０下实现了该算法，进行了大量的实际测试。以新闻联
式中Ｍ为恒星质量，ｍ为两颗行星的质量（假设其相等），行星１距离恒星ｒ１，行星２距离恒星ｒ２，行星１与行星２距离为ｒ２１。学生以大学物理课堂上学到的力学规律列出以上方程组并不困难，困难在于用传统解析方法无法求出两颗行星位置及速度随时间的变化规律，因而无法了解其运动规律。但使用计算机对这类问题进行数值计算是相当容易的。图１为ＥａｓｙＪａｖａＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ软件［２］计算出的行星１的运动轨迹，计算时采用的算法为Ｒ－Ｋ４（５）。图中可以看出当两颗行星的质量与恒星的质量相差较大时，行星１的运动轨迹近似于圆形轨道，这说明两颗行星间的引力作用可以忽略不计；而当两颗行星的质量与恒星质量相差较
（上接第１３５页）去噪步骤完全相同，只使用二维小波分析工具代替了一维小波分析工具，如果用固定阈值形式，则选择的阈值用ｍ２代替了一维中的ｎ。
图１原始汽车图像
图２在ＭＡＴＬＡＢ环境下的汽车图像
这三步是：（１）二维信号的小波分解。选择一个小波和小波分解的
层次Ｎ，然后计算信号Ｓ到第Ｎ层的分解；（２）对高频系数进行阈值量
播视频为素材，随机选取了１００幅主题字幕帧作为测试样本，图像尺寸
为３２０×２４０，把样本分为两组进行测试，测试结果见表１，采用查准率和
查全率指标进行评价。漏判主要是因为字幕笔画比较少，比如“一”字，
自身形成孤立块，误认为是噪声块，从而导致漏判；误判主要是因为少
部分非字幕块具有字幕的纹理特性，导致误判为字幕。
参考文献［１］马文淦．计算物理学［Ｍ］．合肥：中国科技大学出版社，２００１．１￣４［２］ＷｏｌｆｇａｎｇＣｈｒｉｓｔｉａｎ，ＦｒａｎｃｉｓｃｏＥｓｑｕｅｍｂｒｅ．ＭｏｄｅｌｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓｗｉｔｈＥａｓｙＪａｖａＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴＨＥＰＨＹＳＩＣＳＴＥＡＣＨＥＲ，２００７，４５（３）：４７５￣４８０［３］汤正新，薛瑞丰．计算机数值计算和模拟给大学物理教学的新活力［Ｊ］．理工高教研究，２００３，２２（６）：１１７￣１１８［４］张雪峰，李会容．大学物理教学中的数值计算与模拟技术［Ｊ］．攀枝花学院学报，２００５，２２（５）：１０１￣１０５［５］刘坚强，孙光厚，赵磊．基于数值计算与数值模拟的基础物理教学内容改革研究［Ｊ］．九江学院学报，２０１０，８８（１）：１１７￣１２０
（上接第１３４页）
现可以有效激发学生的学习兴趣并培养他们创造性解决问题的能力。计算物理方法在光栅衍射［３］，单自由度阻尼系统的振动问题［４］，带电
圆环的电场分布［５］等其它一些物理现象上的应用也说明了其在促进大学物理教学内容的形象化，直观化及实现教学内容的现代化中的意义。
三、结论在大学物理教学中引入计算物理方法，充分发挥计算机数值计算与模拟的优势，能使教学过程更为形象和生动，促进教学内容的多样化和现代化，有效激发学生的学习兴趣，培养学生的主动性与创新性，从而有利于创新型人才的培养。
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应用计算物理方法于大学物理教学改革的研究
龙岩学院物理与机电工程学院庄任重
［摘要］本文针对传统大学物理教学方法存在的不足，提出基于计算物理方法的大学物理教学内容改革。用实例说明了计算物理方法在大学物理教学中的应用。计算物理方法可用于解决传统解析方法难以解决的问题，并可用形象化的方法对物理过程进行模拟，从而使大学物理教学内容更为生动、丰富。［关键词］计算物理大学物理教学改革
查全率
＝
准确判定的字符个数准确判定的字符个数＋漏判块数的字符个数
查准率
＝
准确判定的字符个数准确判定的字符个数＋误判的字符个数
表１字幕检测结果
待测的字符准确判定的漏判误判
实验
查准率查全率
个数
字符个数个数个数
１
３３８
３２５
１３２０９６．１５％９４．２０％
２
３７２
３５０
２２２７９４．１３％９２．８４％
参考文献［１］ＶｉｄｅｏｄｉｓｃＢ，ＬｕｚｅｎａｃＢ．Ｏｎｔｉｍｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗａｖｅｌｅｔｎｏｉｓｅｒｅ－ｍｏｖｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９８，４６（９）：２５４９￣２５５１．［２］ＣｈｅｎＸｉｎｇ，Ｓｃｈｍｉｔｔ．Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｒａｎｇｅｄａｔａｂｙｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ，１９９４，２６（８）：６３２￣６４５．［３］Ｒｉｃｈａｒｄｃ．Ｄｏｆｆ．ｍｏｄｅｒｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］．ＢＥＩＪＩＮＧ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，２００２．
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图２两颗行星绕一颗恒星运转的模拟动画
（ａ）恒星质量Ｍ为１．９９×１０３０，行星质量ｍ为５．９９×１０２４
（ｂ）恒星质量Ｍ为１．９９×１０３０，行星质量ｍ为５．９９×１０２８
２．随机过程的模拟
有时候，计算机对物理过程的模拟可得出与直观上的判断非常不
同的结果，如对布朗运动的模拟。计算机模拟平面上布朗运动的ＪＡＶＡ
小波分析理论因其具有良好的时频局域特性和多分辨率特性，使得它在数字图像处理领域有着广泛的应用前景。本论文针对小波分析图像去噪方面的应用进行了研究，并取得了一定的效果。具体归纳如下：
在小波收缩去噪方面，本文对小波收缩阈值进行了仔细研究，结合图像的奇异特性和收缩阈值之间的关系，对Ｄｏｎｏｈｕｅ收缩阈值进行了修正，并提出了一个阈值计算的统计公式。在一定程度上，改进了Ｄｏｎｏｈｕｅ收缩阈值，取得了较好的去噪效果。
程序如下：
ｄｏｕｂｌｅＲ＝Ｒ２＊Ｍａｔｈ．ｒａｎｄｏｍ（）；
ｄｏｕｂｌｅｘｘ＝ｘ；
ｉｆ（Ｍａｔｈ．ｒａｎｄｏｍ（）＜０．５）｛
ｘ＝ｘ＋Ｒ＊Ｍａｔｈ．ｒａｎｄｏｍ（）；
｝ｅｌｓｅ｛
ｘ＝ｘ－Ｒ＊Ｍａｔｈ．ｒａｎｄｏｍ（）；
｝
ｄｏｕｂｌｅｄｘ＝ｘ－ｘｘ；
ｉｆ（Ｍａｔｈ．ｒａｎｄｏｍ（）＜０．５）｛
ｙ＝ｙ＋Ｍａｔｈ．ｐｏｗ（Ｒ＊Ｒ－ｄｘ＊ｄｘ，０．５）；
化，对于从第一到Ｎ的每一层，选择一个阈值，并对这一层的高频系数
进行软阈值化处理；（３）二维小波的重构，根据小波分解的第Ｎ层的低
频系数和经过修改的从第一层到第Ｎ层的高频系数，来计算二维信号
的小波重构。下面就通过具体实例来说明利用小波分析进行图像去噪
的问题。
３．小结
图像去噪在图像处理中是一个很重要的预处理过程，它的主要目标是在减少图像中的噪声的同时，尽可能地保留图像边缘和纹理信息。基于小波变换消除噪声，不同研究者提出过各种不同的方法，在大体上，我们可以将小波变换去噪方法分为小波收缩法、相关方法和模极大值的去噪三类。本论文在总结和借鉴前人研究成果的基础上，对小波去噪进行了深入的研究，并取得了一定的成果。