计算机模拟辅助大学物理教学的研究

摘要

随着计算机技术及科学计算方法的高速发展，计算机模拟已经成为物理研究中除实验、理论分析之外的第三种研究手段。计算机模拟应用于物理研究与教学具有深远的意义。尤其在大学物理教学过程中，计算机可以迅速完成常规的计算，使课堂上难以实现的物理过程及演算在计算机上达到预期目标，对教学起到强化的作用，对培养学生的学习兴趣、科学思维能力、探索精神和创新精神等方面也起到积极的影响。 本文大体可分为以下三部分： 第一部分是对计算机模拟辅助教学的一般讨论。第一章首先介绍了计算机模拟辅助大学物理教学的背景及研究现状，并在此基础上确立了本研究的目的。第二章介绍了计算机模拟的概念以及教学中计算机模拟的类型，特别阐述了教学中计算机模拟概念的外延，即计算机模拟是CAI课件的一种模式，是一种计算机应用程序，是科学发现学习的一种有力工具。第三章分析了三种学习理论给教学软件设计所提供的有意义的启示，以及模拟型CAI设计的四个原则。 第二部分结合大学物理课程的特点及笔者开发实践的体会，对大学物理计算机模拟的有关问题进行研究探讨，总结归纳了适用于大学物理计算机模拟的开发工具、技术方法、一般的开发流程以及引入教学的方式。 第三部分介绍了笔者设计开发的两个比较具有代表性的实例：一个是用VB结合openGL开发的点电荷对静电场三维模拟，另一个是用数学软件Maple推导、计算、作图最终导出动画，完成对电偶极辐射电场的模拟，展现了利用软件用最一般的方法解决复杂物理问题的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1信息时代的大学物理教学

1.2计算机模拟辅助大学物理教学的发展及研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外及港台研究现状

1.3本研究的目的和意义

第二章计算机模拟辅助教学概述

2.1计算机模拟

2.1.1什么是计算机模拟

2.1.2计算机模拟与建模

2.1.3计算机模拟与科学计算可视化

2.2教学中的计算机模拟

2.2.1教学中计算机模拟的类型

2.2.2计算机模拟是CAI课件的一种基本模式

2.2.3计算机模拟是一种应用程序

2.2.4计算机模拟是科学发现学习的一种有力工具

第三章计算机模拟教学软件设计的理论基础

3.1学习理论

3.1.1行为主义学习理论与教学软件设计

3.1.2认知主义学习理论与教学软件设计

3.1.3建构主义学习理论与教学软件设计

3.2模拟型CAI课件设计原则

第四章计算机模拟辅助大学物理教学研究

4.1计算机模拟与大学物理教学

4.1.1物理学科的特点

4.1.2计算机模拟辅助大学物理教学的优势

4.2大学物理计算机模拟程序的开发

4.2.1开发工具

4.2.2开发流程

4.3计算机模拟在大学物理教学中的运用

4.3.1计算机模拟程序作为物理电子教案的内部构成

4.3.2计算机作为学生物理学习研究的工具

第五章大学物理计算机模拟开发实例

5.1点电荷对静电场的三维模拟

5.1.1问题分析

5.1.2方案设计

5.1.3制作过程

5.1.4程序说明及结果演示

5.1.5本例小结

5.2电偶极辐射电场的模拟

5.2.1问题分析

5.2.2方案设计

5.2.3结果演示及说明

5.2.4本例小结

附录

参考文献

在校期间发表的论文、科研成果等

致谢