浅谈MATLAB辅助物理教学

摘 要：在物理学习过程中，对于抽象的概念学生很难建立稳定清晰的图像，难以理解和掌握。将MATLAB融入物理教学中，利用其简单的编程与仿真功能，使物理现象可视化，帮助学生理解抽象的概念与公式，激发学生的学习兴趣，使物理教学取得较好的教学效果。本文以MATLAB辅助杨氏双缝干涉实验教学为例，扩大了教学中的研究方法与研究途径，对于物理教学具有重要的意义。

关键词：物理教学;MATLAB;可视化

MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，是由美国MathWorks公司推出的一款使用简便、运算效率很高的科学计算软件，它是以矩阵作为最基本编程单元的程序设计语言。MATLAB是一个功能非常强大的编程软件，其语言简单，扩充功能强，可开发性强，最主要的特点是其编程简单，语句通俗易通，效率高。

物理学科概念与公式过于抽象、不易理解、学生缺乏兴趣，是一门特别需要实践操作的学科，把MATLAB运用到物理教学中，教学方式新颖，能够激发学生的学习兴趣，提高学生创新及自主探索意识。同时运用MATLAB仿真等功能将抽象的知识点可视化，充分给予学生直观感受，帮助学生理解知识，掌握知识。本文简单介绍了MATLAB，并运用MATLAB仿真把杨氏双缝干涉实验可视化，阐述了MATLAB辅助物理教学的作用与优势。

一、 MATLAB辅助杨氏双缝干涉实验教学

（一）杨氏双缝干涉实验原理

双缝干涉是平行的单色通过S1、S2相距为d的两个狭缝，小孔之间距离很近，因此小孔处振动频率相等且相同。它们发出的光在挡板后的空间相互叠加而产生干涉现象，在屏幕上形成干涉条纹。两束光在屏幕上的光程差为：

ΔL=L1-L2=y-d22+z2-y+d22+z2

形成的相位差为θ=ΔL2πλ，在屏幕上干涉强度为4A20cos2θ2

（二）MATLAB杨氏双缝干涉实验仿真

根据上述公式设计程序代码，在MATLAB内输入并进行仿真，程序代码如下：

（三）MATLAB辅助杨氏双缝干涉实验的教学优势

学生在此之前已经学习过光的基本特征和性质，但没有观察过光的干涉现象，教材也未直接给出干涉现象的加强区和减弱区的分布规律，杨氏双缝干涉实验对于学生而言抽象，无法形成清晰具体的图像。干涉是波动光学的重要内容，但是光学实验的课堂不容易操作，因为光学实验需要稳定的环境，复杂的光路调试也会占用较多的课堂时间。

MATLAB软件具有强大的仿真功能，将其引入到高校物理实验教学过程中并与实际操作有机地结合起来，能给学生直观、形象、方便地演示实验现象，加深对物理实验的理解。因此采用MATLAB辅助杨氏双缝干涉实验教学，可以根据公式仿真双缝干涉图像，形成清晰的实验数据图像，便于学生理解知识，掌握知识。

四、 MATLAB輔助物理教学的体会

（一）MATLAB能很好地激发学生的学习兴趣。

（二）MATLAB能增加教学内容的直观性。

（三）物理教学中要注重教学方式的创新。

（四）正确运用MATLAB辅助教学。

五、 结论

通过MATLAB辅助杨氏双缝干涉实验，我们可以感知到MATLAB的强大功能，物理之所以让部分学生感到很难，不易掌握，就是因为物理概念及公式过于抽象，如果不做实验，不给学生展示具体清晰的图像，部分学生难以掌握。以及物理教学中一些看不到摸不着的概念，学生更难理解。利用MATLAB辅助物理教学可以很好地解决这些问题，且MATLAB语言不像C语言一样复杂，其函数语句叫简单，教师也能较快掌握并在课堂上运用。使教学方式多样化，符合教育改革对教师提出的创新的要求。当然MATLAB的功能远远不止这些，对物理教学都有很大的帮助。

参考文献：

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[3]段琪.MATLAB在高等数学教学中的应用[J].智库时代，2019（36）：186+195.

作者简介：

张彩云，山东省聊城市，聊城大学。