張靖宇

（山西大學物理電子工程學院， 山西太原，030006）

淺析Matlab軟件在大學物理教學中的具體運用

張靖宇

（山西大學物理電子工程學院， 山西太原，030006）

本文結合Matlab軟件的概念和主要特點，通過相關大學物理教學實例，來對Matlab軟件在大學物理教學中的具體運用進行分析，并且在此基礎上，對大學物理輔助教學平臺的建立方式和原則進行描述，以此來提高大學物理教學的整體效率和質(zhì)量。關鍵詞：Matlab軟件；大學物理教學；具體運用

0 前言

大學物理是高校理工科專業(yè)中一門重要的基礎課程，通過對大學物理的學習，能夠培養(yǎng)學生的整體科學素質(zhì)，但是由于大學物理教學中所涉及到的內(nèi)容較多，但是教學時間并不充裕，加上目前授課的主要方式為板書語言授課，這樣的方式不利于學生接收和消化大量的物理學知識，在這樣的情況下，學生容易出現(xiàn)學習興趣低下，整體學習效率不高等問題。針對這種情況，需要在大學物理教學中應用各種現(xiàn)代化的教學手段來提高教學效果，而Matlab軟件就是現(xiàn)代化教學軟件中一種比較適合大學物理教學的軟件，對學生理解物理基本概念、掌握相應的理論知識有著較好的作用。

1 Matlab軟件的概念和特點

從本質(zhì)上來看，Matlab軟件軟件屬于一種具有極高性能的數(shù)據(jù)計算和可視化軟件，也是目前國際上公認的在科技領域方面較為優(yōu)秀的應用軟件和開發(fā)環(huán)境之一，在實際的使用過程中，具有集數(shù)值計算、矩陣運算、圖形輸出和信號處理為一體的使用特點，根據(jù)這樣的特點可以看出，Matlab軟件具有方便快捷，操作簡單等一些列優(yōu)點，在開發(fā)并推廣的過程中對其進行不斷完善，目前Matlab軟件已經(jīng)成為社會中比較常用的標注計算軟件之一，其主要功能和特點體現(xiàn)在這樣幾個方面：首先，Matlab軟件能夠?qū)蛿?shù)矩陣作為基本的計算編程單元，語言簡潔明了，在操作的過程中具有靈活簡單的特點。在另外一個方面，在利用Matlab軟件進行數(shù)值運算的過程中，其運算符號和寓言功能非常豐富，能夠?qū)γ鎸ο筮M行編程，具有較高的數(shù)據(jù)處理效率。而對于大學物理來說，其中的大部分研究對象是具體而又抽象的，這樣的學科特點會導致學生在實際的學習過程中感到非常的費解和鼓噪，影響整體的學習效果，這就可以利用Matlab軟件的數(shù)據(jù)計算功能和圖像處理功能，將其引入到一些特定的物理研究當中，以此來提高學生的學習興趣，幫助學生更加深入的了解物理學習內(nèi)容。

2 Matlab軟件在大學物理教學中的具體應用

從以上介紹可以知道，Matlab軟件的主要功能包括數(shù)值計算和圖像處理，也就是說可以在實際的大學物理教學過程中，應用Matlab軟件來進行數(shù)值計算，并且輸出相應的圖像，在進行觀察比較之后來對相應的物理學知識進行研究，下面以具體的物理教學案例來對Matlab軟件在大學物理教學中的應用進行分析。

運動學是大學物理中最為基本的一項內(nèi)容，同時也是一項較為復雜的物理學知識，只有學習好這一方面的內(nèi)容，才能幫助學生更加方便的掌握后續(xù)的課程知識，此次研究的對象為斜面上物體下滑問題，如圖1所示，此斜面的傾角為α，AB兩點之間的距離為l=2.1m，質(zhì)量為m的物體從斜面頂端向下進行滑動，已知斜面的摩擦因數(shù)為0.14，所要研究的問題為當傾角α為多少時，物體在斜面上的下滑速度最快？

圖1 光滑平直斜面示意圖

在對光滑平直斜面示意圖進行分析之后，可以對物體的受力情況進行分析，并且建立相應的直角坐標系，利用牛頓第二定律可以知道物理的重力加速度為g，根據(jù)示意圖可以直達，物體下滑時候做的是勻變速直線云頂，這樣就可以得出物體在斜面上的下滑時間t

根據(jù)這樣的物理公式，可以利用Matlab軟件來對物體下落時間t與傾斜角α之間的關系曲線進行輸出并觀察。根據(jù)圖2可以看出，在傾斜角α較小的時候，隨著α的不斷增大，物體的下落時間t會急速的減小，在α增大到0.4的時候，t的變化出現(xiàn)平穩(wěn)的狀態(tài)，當α增大到1.5的時候，t開始快速增加，α與t之間的變化曲線呈現(xiàn)出U形。根據(jù)這樣的圖形，可以根據(jù)Mat lab軟件中的極小值，來得出物體下落時間t的最小值，也就是當α=0.855，夾角約為49°的時候，物體的下落時間t取最小值為0.993，如圖3所示。根據(jù)圖2和圖3的相互比較可以知道，可以通過Mat lab軟件來直觀的顯示出兩個變量之間的關系，以此來幫助學生更加直觀的發(fā)現(xiàn)物體規(guī)律。

圖2 物體在下面下滑中所用時間t與斜面傾角α之間的關系

圖3 物體在下面下滑中所用時間t與斜面傾角之間的關系

從以上Mat lab軟件的應用可以知道，在進行相應的物理教學的過程中，可以通過物理問題來得出相應的物理公式，并且在此基礎上，應用Mat lab軟件中的數(shù)值計算功能和圖形輸出功能，來從圖形中得出想要解答的數(shù)據(jù)，在另外一個方面，也可以利用Mat lab軟件來得出相互聯(lián)系的兩個圖形，在進行相互比較之后，就能夠得出想要研究的物理規(guī)律。

3 利用Mat lab軟件來構建大學物理輔導教學平臺

通過Mat lab軟件在大學物理教學環(huán)節(jié)中的應用，可以知道Mat lab軟件能夠幫助學生進一步的了解物理規(guī)律，提高學生的科學素質(zhì)和解題速度，在此基礎上，也可以利用Mat lab軟件來構建相應的大學物理輔助教學平臺，以此來實現(xiàn)在實際的物理教學環(huán)節(jié)中，針對已經(jīng)編譯好的程序，來對其進行快速而又準確的執(zhí)行，這樣不能能夠?qū)φ麄€平臺的資源進行有效整合，同時也能夠在一定程度上提高程序的執(zhí)行效率。結合Mat lab軟件的數(shù)值計算功能和圖形輸出功能，能夠為用戶提供更加完整的圖形用戶界面設計和開發(fā)，將已經(jīng)編譯好的演示程序，通過圖形用戶界面來進行人機信息交流，并且在此基礎上，形成大學物理教學中所需要的輔助教學軟件。

由于大學物理教學涉及到的內(nèi)容較多，所以說利用Mat lab軟件在大學物理教學中的應用范圍是非常廣泛的，也就是說根據(jù)實際要求的不同，根據(jù)Mat lab軟件所設計出的界面可能也會發(fā)生不一樣的變化，其功能和效果也會具有一定的差異，但是所設計出的最終界面都需要滿足這樣幾個方面的要求：首先是簡單性，對于大學物理輔導教學平臺來說，在實際應用的過程中需要盡可能的追求簡單直觀的表達方式，以此來更快的得出相應的物理規(guī)律，對于平臺中一些對于物理教學沒有幫助的功能，可以根據(jù)實際情況來進行刪除或者隱藏處理。另外是一致性，一致性主要指的是平臺界面的一致性，雖然說由于實際需求的不同，所設計的最終界面會具有一定的差距，但是這樣的界面風格與其它的界面風格不能截然不同，否則用戶在使用其它平臺的時候還需要重新了解和認識用戶界面和功能，除了界面風格之外，還需要在滿足實際功能的基礎上，采用用戶所熟悉的標志和符號。最后是常用性，常用性主要指的是在平臺的構建過程中，對于一些比較常用的物理公式和符號，可以設置到比較方便的位置，以此來方便人們的使用和計算。通過以上敘述可以知道，大學物理輔導教學平臺的建立，需要在保證其主體功能得到發(fā)揮的情況，提高界面的整體簡潔性和一致性，以此來提高輔助平臺的使用效率。

4 結束語

Mat lab軟件具有極其強大的應用功能，主要表現(xiàn)在數(shù)值計算和圖形輸出方面，針對大學物理教學中內(nèi)容復雜多樣的特點，可以借助Mat lab軟件來進行計算和圖形比較，使學生更加深入的認識物理規(guī)律，提高大學物理課堂的整體教學效率。在另外一個方面，也可以借助Mat lab軟件的功能，來擴大其應用范圍，構建相應的大學物理輔助教學平臺，并且需要在保證其功能發(fā)揮的基礎上對界面設計進行優(yōu)化，使Mat lab軟件的功能得到完全發(fā)揮。

[1]王安玲.Matlab在大學物理實驗教學中的應用[J].北京印刷學院學報,2012年06期.

The application of Matlab software in College Physics Teaching

Zhang Jingyu
(School of physics and electronic engineering, Shanxi University,Taiyuan Shanxi, 030006)

In this paper, the concept and main features of Matlab software, the university physics teaching examples of the specific application of Matlab software in college physics teaching are analyzed, and on this basis, the establishment of the university physics teaching platform and principles to describe, in order to improve the overall efficiency and quality of College Physics teaching the

Matlab software; college physics teaching; concrete application