在大学物理教学中开展数值计算的探索

论文摘要

引导学生在物理学习中用计算机进行数值计算是计算机辅助物理教学的新内涵，也是计算机与大学物理课程结合下的产物。本文从我国当前大学物理教学中计算机辅助教学的应用现状出发，对引导大学生在大学物理学习中开展数值计算进行了探索性研究。首先对在大学物理教学中开展数值计算教学做了必要性和可行性研究，说明了在大学物理教学中开展数值计算教学不仅能加深学生对大学物理知识的理解，更能使学生从参与数值计算的过程中获得运用计算机解决实际物理问题的能力。通过分析我国现阶段高校中计算机硬件条件的配备情况以及我国目前大学生计算机基础水平，说明了现阶段在我国大学物理教学中组织学生开展数值计算是可行的。其次，从教学模式建构的角度，讨论了在大学物理教学中所涉及到的几类数值计算及其相应的处理方法，并具体讨论了开展数值计算的具体步骤、要把握的原则以及要注意的问题。最后，笔者根据自己在研究生阶段的经验总结，有针对性地讨论了大学物理课程中所涉及到的两类数值计算：一、对物理量的数值分析，给出相应的实例是负折射率材料的介电常数的数值分析以及偶极子远场条件的数值分析；二、电磁场非经典边值问题的求解，给出的相应的实例是有限长导体棒边值问题的解决。本文提出要在大学物理教学中引导学生开展数值计算，并不是说要取代现行的大学物理教学模式、教学方法和教学内容，而是主旨在于向学生提供一种引用计算机解决物理问题的方法，为计算机辅助大学物理教学提供一些实践意义上的参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 计算机辅助教学的发展简史
• 1.2 计算机辅助教学在大学物理教学中的应用现状及新内涵
• 1.3 课题的引入
• 第二章 数值计算应用于大学物理教学的必要性与可行性
• 2.1 在大学物理教学中开展数值计算的理论基础
• 2.2 在大学物理教学中开展数值计算教学的优点
• 2.3 在大学物理教学中开展数值计算教学的可行性研究
• 2.3.1 硬件设备分析
• 2.3.2 我国当代大学生的计算机知识储备
• 2.4 本章小结
• 第三章 在大学物理教学中开展数值计算的教学模式建构
• 3.1 大学物理中涉及的数值计算分类
• 3.2 开展数值计算的计算机软件简介
• 3.3 运用数值方法解决物理问题的步骤
• 3.4 运用数值方法解决物理问题要遵循的原则
• 3.5 运用数值方法解决物理问题要注意的问题
• 3.6 本章小结
• 第四章 大学物理学习中对物理量进行数值分析示例研究
• 4.1 对负折射率材料的介电常数和磁导率的数值分析
• 4.1.1 物理模型的选取
• 4.1.2 物理问题的理论背景
• 4.1.3 计算机工具的选择
• 4.1.4 结果与分析
• 4.2 对偶极子远场条件的数值分析
• 4.2.1 物理模型的选取
• 4.2.2 计算机工具的选择
• 4.2.3 结果与分析
• 4.3 本章结束语
• 第五章 大学物理学习中电磁场边值问题求解示例研究
• 5.1 有限长导体棒的边值问题
• 5.2 数学方法分析与计算机工具的选取
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 分析导体棒尺寸对面电荷分布产生的影响
• 5.3.2 分析空间带电体对导体棒面电荷分布产生的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者在研究生期间的论文成果
• 致谢