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大学物理可视化教学模式论文 基于大学物理可视化教学模式构建 根据大学物理知识及软件的特点运用数值模拟解决物理问题的步骤可大致分为选题、分析、数值计算、结论及分析个过程下面我们通过大学物理课程中一个简单的实例牛顿环干涉具体给出基于的大学物理可视化教学模式的构建过程 选题 牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生等厚干涉而形成的一些明暗相间的同心圆环在光学元件表面质量精确检验及光谱仪设计中都有广泛应用对于该部分知识我们主要关注以下两点：（）牛顿环干涉条纹的分布规律是怎样的（）如果透镜向上缓慢移动干涉条纹如何变化课题选定后接下来的工作便是围绕该课题选定适当的物理模型和算法进行课题的分析和求解 分析 牛顿环的原理图如图所示透镜曲率半径为牛顿环半径为牛顿环到平面玻璃最低处的平行距离为透镜与平面玻璃之间的距离为若入射光的波长为则垂直入射的两束反射光光程差为数值计算根据上一步所给出的物理模型设计相应的算法并编写程序进行具体的数值计算考虑到初学大学物理课的学生入学不久缺少数值计算的基础和经验选择的计算方法要尽量简单使学生能够在短时间内理解并掌握以下简单地给出牛顿环数值模拟所用到的主要程序代码结论及分析图（）是当透镜与平面玻璃相接触（即）时所模拟得到的牛顿环图样图（）给出了某点光强与该点到中心之间距离的对应函数关系很容易看出当透镜与平面玻璃接触时牛顿环是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环且中央是暗斑随着半径的增大条纹间距越来越小空间分布上越来越密集这是由于离开中心愈远光程差增加愈快的缘故当透镜向上移动时随着距离的变化所产生的牛顿环会发生相应的变化如图所示可以发现随着的增大干涉条纹会向中心移动当距离为时中心变为明斑；当距离为时中心重新变为暗斑如此循环往复由此我们得到了牛顿环的性质及变化规律这与我们通过理论推导及物理实验所得结论是吻合的从以上分析过程可以看到该数值模拟方法更为直观、易懂能够更灵活地表现出复杂的物理过程从而更容易被学生所理解和接受 思考及建议 在该教学模式实践过程中我们也遇到了一些问题需要在教学中不断摸索不断改进下面给出我们的一些思考和建议首先教学课时不足问题大学物理课程本身内容繁多传统的授课方式都会显得课时不足将数值模拟引入大学物理教学还需学生额外掌握语言、数值计算方法等基本知识对学生和指导教师都提出了很大的挑战因此主要需要学生在课下进行自主性学习教师在课堂上只是引导和点拨对不同能力水平的学生可以提出不同的要求如对于基础差的学生他们能够看懂模拟仿真程序能够借助模拟方法理解复杂的物理问题即可；对于基础好的学生可以给他们安排一些简单的课题让他们在课下独立编程完成为提高学生的参与性可将学生的课题完成情况与期末考试成绩挂钩作为学业成绩加分的重要依据其次大学物理课程受众面广学生专业方向不一我们对不同系院不同专业的学生和专业课教师进行了问卷调查了解各专业后续专业课及后续升学就业需用到的大学物理知识情况通过给不同专业学生介绍与本专业相关的物理内容增加学生的重视程度和参与热情最后数值模拟作为科学研究的一种重要手段如果能与理论研究和实验研究相结合将能够更好地帮助学生学习大学物理知识大学物理课程因其自身兼具理论性和实践性的特点可以完美地将这种科研方法融合在一起以本文所介绍的牛顿环为例几乎所有的大学物理课本都给出了相应的理论推导来分析牛顿环的性质和变化规律同时牛顿环实验作为经典的光学实验基本上也是大学物理实验课程的必做实验项目加上本文所介绍的数值模拟方法学生利用不同研究方法对该内容进行研究并且对比很容易会对相关物理知识有更清晰和深刻的认识从而促进对大学物理课程的学习 结论 将数值模拟引入大学物理课程教学可使抽象、复杂的物理知识以直观、灵活的形式呈现于学生面前实现大学