MATLAB 在大学物理仿真教学中的应用

探讨MATLAB在大学物理实验数据处理中的作用

物理实验为大学阶段一门必不可少的基础课程，而实验数据为该门课程一个重要的内容。在物理实验教学过程中合理应用MATLAB进行实验数据处理，对学生实验数据处理能力的提升具有重要意义。

标签：MATLAB 物理实验 数据处理

MATLAB为大学教学过程中应用较为普遍的一种高性能软件，其具有独特的功能和编程特点。在大学物理实验教学过程中，应用MATLAB实施辅助性教学对学生科学素养的培养和实验能力的提高均发挥着重要作用[1]。将MATLAB应用于大学物理实验数据处理中可促进学生的数据计算和处理能力的有效提升，对大学物理实验教学质量的提高具有重要意义。

一、Matlab特点及其在物理实验中的应用体现

Matlab为1984年期间MathW orks公司推出的一种计算软件，该种软件集符号运算、数值计算、数据拟合、程序语言设计、图形处理等为一体的一种功能强大的计算软件。Matlab为现阶段应用较为普遍的一种科学计算语言之一。与FORTRAN、C语言等相比，Matlab的特点主要表现为功能极为强大、界面更为友善、语言更为自然、开放性更强等。目前，FORTRAN已经成为应用计算机辅助设计、分析、仿真已经教学活动中一种重要的基础软件，其作为一种具有通用性的数值仿真、科学计算、数据可视化工具得到越来越广发的应用，其在大学物理实验教学中也发挥着极为重要的作用[2]。Matlab在应用过程中可提供极具灵活性的程序设计流程，强大的科学运算，高质量的界面设计和图形可视化设计，丰富多样的仿真集成环境等等。目前，国外多数大学已经将Matlab应用到物理、数学、电子线路等理工科专业相关学科的教学中。在我国的大学教学中，Matlab还是一种新鲜事物，其应用还未能像国外那样普遍。但是有部分高校也已经将Matlab作为本科教育中的一门必修课程。应用Matlab对物理实验数据进行处理时，数据处理者无需掌握丰富的编程知识，只需要掌握一定的数学知识，懂得应用相关函数进行计算便可进行相关计算。通过复制、粘帖的方式可直接将计算所得结果拷贝到其他软件中进行编辑。

P=[1 0.01 1 0;0 0.085 1 0.17;1 0.01 1 0;0 0.051 1 0.015; 1 0.0067 70 0;1 0.015 0.21 0;0 1 150 0;1

0.01 0.1 0;1 0.01 0.0044 0];

WIJ=[1 0 1;2 1 1;2 9 -1;3 2 1;4 3 1;4 8 -1;5 4 1;6 5 1;6 7 -0.212;7 6 1;8 6 1;9 7 1];

n=9;

Y0=1;

Yt0=[0 0 0 0 0 0 0 0 0];

h=0.001;

T=0;

T0=0;

Tf=5;

Nout=7;

A=P(:,1);

B=P(:,2);

C=P(:,3);

D=P(:,4);

m=length(WIJ(:,1));

W0=zeros(n,1);

W=zeros(n,n);

for k=1:m

if (WIJ(k,2)==0);W0(WIJ(k,1))=WIJ(k,3);

else W(WIJ(k,1),WIJ(k,2))=WIJ(k,3);

end;

end;

for i=1:n

if(A(i)==0);

FI(i)=1;

FIM(i)=h*C(i)/B(i);

FIJ(i)=h*h*C(i)/B(i)/2;

FIC(i)=1;FID(i)=0;

if(D(i)~=0);

FID(i)=D(i)/B(i);

else

end;

else

FI(i)=exp(-h*A(i)/B(i));

FIM(i)=(1-FI(i))*C(i)/A(i);

Matlab软件在大学物理课程教学中的辅助应用淤

董成伟

（中北大学，山西太原030051）

大学物理课程是理工科、医学与农学专业的基础

课程，知识比较抽象，内容覆盖范围广泛。学生在学习

大学物理课程时需具备扎实的数学基础，如果没有掌

握足够的数学知识，学生是难以学好物理课程的。通常

本科院校的物理课程在第一学年开设。在学习大学物

理课程的初期，学生处理物理问题时常借助数学工具，

例如极限、积分等，其为学生处理物理问题提供一定便

利的同时，也要求学生具备一定的数学素养[1]。大学物理

知识具有较强的逻辑关联性，该课程可有效锻炼学生的

思维方式，教师可借助一些信息技术软件来辅助学习，

帮助学生克服数学方面的学习障碍，并将抽象的物理

问题变得更形象，使学生能够把握住物理本质，从而为

学生学习大学物理课程提供一定的助力[2]。当前常见

的信息技术软件包括Matlab、Maple、Excel等。在这些

信息技术软件中，Matlab常被用于大学物理课程的教

学过程中，该软件有着相对健全的数学函数，易学，具

有独特的应用优势[3-4]。

一、Matlab软件的基本概述Matlab是指矩阵实验室，Matlab软件是一种商业

数学软件。随着互联网的普及与信息技术的飞速发展，Matlab软件的应用范围日益拓展[5-6]。现如今，该软件的

身影逐渐出现在教育行业中，作为一种教学工具来使用，

得到了许多教育工作者的重视。该软件由MathWorks

公司研发而成，随着MathWorks公司不断进行改进与完善，该软件的功能越发强大。该软件主要涵盖Simulink

与Matlab这两部分，通过该软件，人们可使用算法开发、

数据分析等功能[7-8]。设计研究单位与工业部门时常研

究并使用Matlab，该软件可使编程人员暂时脱离繁杂

的程序代码，在一定程度上减轻编程人员的工作量，为

其工作提供便利[9-10]。

二、在大学物理课程教学中引入Matlab的必要性与

可行性

当学生步入大学校园，其学习已然迈入了新的阶

Matlab数值模拟在大学物理探究式教学中的应用

【摘要】本文探讨引入Matlab数值模拟的大学物理教学改革的意义，包括传统教学的问题、调研过程及内容（包括思路和方法方案、各高校的探索情况及典型教材等）、调研结果分析、后续展望等。Matlab计算具有成本低、上手快、操作性强等特点， 不仅为大学物理的课程教学提供了良好的辅助手段， 而且有利于激发学生学习物理知识的兴趣，对培养学生科学观念、探索精神和创新精神、科学思维能力和智力方面都有着重要的实际意义。

【关键词】Matlab；大学物理教学改革；数值模拟

1.将Matlab计算机软件引入大学物理教学的意义

计算机数值计算是当今教学和科学研究的重要方法之一。多媒体电子教案、数值软件等被广泛应用于课堂教学，使课堂教学变得更生动有效。然而目前传统的大学物理教学中，学生往往只见最后结果，看不到计算机数值模拟背后解决物理学中的实际问题的过程，体会不到其中的乐趣。而大学物理学作为工科学生的一门必修课，传统的教学方法已不能适应时代的新要求，计算机多媒体用于大学物理教学教学方法的大胆尝试和改革迫在眉睫。

Matlab就具有强大运算功能和作图功能而又十分易学易懂的应用软件。它对于学习者的编程语言基础要求不高，库函数和编程语句丰富多样且简单易学，在数据可视化上也有独特的优势。Matlab计算成本低、上手快、操作性强， 不仅为大学物理的课程教学提供了良好的辅助手段， 而且有利于激发学生学习物理知识的兴趣，对培养学生科学观念、探索精神和创新精神、科学思维能力和智力方面都有着重要的实际意义。

2.此改革能解决传统教学之问题

将Matlab引入大学物理教学的大胆尝试，可以有力的进一步推进理工科公共基础课大学物理教学现代化改革，解决传统教学中存在的问题，主要有以下几方面：

2.1消除学生对高等数学的恐惧

用通常的数学方法不易解出解析结果，但用计算机编程的方法却能很方便地给出数值解答，并往往可以通过图片、视频等多媒体的方法可视化地展现出结果，将他们从抽象的数学公式泥潭中解放出来，直观的领略物理思想的奥妙。