数学软件与物理学科教学整合改革初探

1、数学软件与物理学科教学整合改革初探樊东红 中国教育学会物理教育专业委员会已将计算机技术与物理教学的整合作为全国物理教学大赛的主题。随着计算机技术的发展和数学软件的广泛应用，物理教学手段发生了深刻的变化，也为物理教师们的教学设计提供了现代化的教学手段和新的方法。mathematica是美国wolfram研究公司生产的一种数学分析型的软件，以符号计算见长，并具有高精度的数值计算功能和强大的图形功能，mathematica含有内嵌的软件包，既可做更复杂的计算，还可绘制等高线、矢量线和动画图形等。本文从数学软件mathematica在物理教学中的应用出发，阐述数学软件与物理学科教学整合的教学设想。 一

2、、数学软件与物理学科教学的整合 1数学软件与物理学科教学整合的目的与意义 数学软件与物理学科教学的整合，即以数学软件作为工具，探究和解决物理教学中的复杂计算问题。比如在一些物理方程中，即使在没有解析解的情况下，仍可用图形来描述其数值解，这样，可帮助学生深化对物理概念和规律的理解和掌握。 数学软件与物理学科教学的整合，其目的是促进教师教学手段、学生学习方法和师生互动方式的改革，为学生的多样化学习创设环境，使数学软件真正成为学生认知、探究和解决物理中复杂计算问题的工具，培养学生利用数学软件探究、解决物理学科问题的综合能力，提高学生学习的兴趣和效率。数学软件与物理学科教学的整合，是利用计算机进行辅助

3、教学最有效、最便捷的方式，其意义是将学科教学的内容跟计算机的运用融为一体，既体现计算机软件的强大威力，又满足学科教学的需求。通过数学软件与物理学科教学的整合，能丰富物理教学的手段、改变学生物理学习的方式、提高物理教学的效果；学生在利用数学软件知识的同时，也能深化对计算机软件的理解与运用，提高计算机的操作水平，实现学科教学与计算机技术的“双赢”。 2数学软件与物理学科教学整合的实质 数学软件与物理学科教学整合的实质是将数学软件作为工具，应用于物理学科教学，有利于教师贯彻传授知识、应用知识、探究知识的原则，使学生掌握用计算机软件解决物理中复杂的数学问题的方法，这是一种新的教学手段。这种整合不仅仅是

4、数学软件在物理教学中的简单应用，而且是充分发挥计算机在物理学习中的作用，引导学生在物理学习中利用计算机软件作为工具，从中获得更好的学习方法，提高物理学习的效率的过程。数学软件与物理教学的整合，不仅能提高教师的理论修养，而且能够提高教学效率，优化教学效果；这种整合能够激发学生学习的主动性，激活学生的创造性思维，为学生主体性的发挥和创新能力的培养创造良好的资源环境和学习条件。 二、如何进行数学软件与物理学科教学的整合 1物理专业教师应掌握数学软件 实现数学软件与物理学科教学的整合，关键在教师。教师应成为物理课程的设计者、开发者和研究者，并注意适时转变教育观念，不断接受新知识。因此，物理专业教师应掌

5、握数学软件。教师的知识结构、学科思想和教学方法只有紧跟学科发展前沿，才能实现数学软件与物理学科教学的整合。 2将数学软件设为物理专业必修课 目前许多高等院校，都将数学软件课程作为理工科学生的选修课程。基于物理学科的教学，建议将数学软件设为必修课程，这样才能有力地实现数学软件与物理学科教学的整合。 3提高教师素质 要不断地提高教师的素养，使其掌握数学软件与物理教学整合的原则，以提高课堂教学效果和教学质量；教师要积极地在课堂中开展二者整合的探索与实践，使学生学会用计算机方法解决物理中复杂的数学问题，真正实现数学软件与物理学科教学的整合。 三、数学软件与物理学科教学整合的应用案例1利用mathema

6、tica设计大学物理实验处理系统 大学物理实验教学中，数据处理非常重要，有的实验待测量多，数学公式复杂，不确定度传递(合成)公式的推导和计算以及实验图线的绘制也很繁杂，学生花在实验数据处理的时间比较多，从而影响了学生对实验课的学习兴趣。 利用mathematica编写大学物理实验数据处理系统，按每个实验的数据处理要求，如计算算术平均值及不确定度、异常数据的判断、分组逐差法、最小二乘法、实验图线绘制等，将程序编写好，学生只需要输入数据，运行就可以得到实验结果，学生也可以利用该软件推导不确定度传递公式。当实验方法改变时，学生也可利用软件随时进行程序的修改。该软件数据处理系统实现简单，操作方便，交互

7、性强，可保存实验数据和计算结果，便于教师查阅批改。应用数据处理系统，学生可以把主要精力放在实验原理、实验数据的采集等操作上。为了巩固学生对实验原理的理解及掌握实验数据处理方法，要求学生撰写实验报告，在实验报告中写出各物理量的计算公式，按有效数字的要求写出结果表达式，并进行分析讨论。实践结果表明，在大学物理实验课的教学中，使用大学物理实验数据处理系统，大大提高了学生实验的积极性，同时对实验教学方法的改进起到一定的作用。 2利用maathematica研究无阻尼作用耦合摆 耦合摆在力学教学中主要讨论理论模型和进行实验，如图1所示，两个单摆p1、p2的摆长分别为l1，和12，摆锤的质量分别为m1和m

8、2，用倔强系数为k、质量可以忽略的弹簧，且其自然长度l等于两摆锤在垂直状态之间距离，与两单摆耦合成为耦合摆。 假设略去阻尼作用，取耦合摆的运动平面为xy平面，令两个摆锤的坐标为(x1，y1)及(x2，n)，则由于约束关系(两摆的摆长一定)，四个坐标中只有两个是独立的，令x1及x2作为本问题的两个广义坐标，当两个摆锤处于垂直状态，xl及x2等于零，n及y2亦等于零，即耦合摆处于平衡状态，两单摆的悬挂点p1、p2的距离为a，则有：a=12(1211)2；当两个摆锤的坐标为(x，y1)及(x2，n)，则： 无阻尼作用耦合摆在一些特定的条件下，利用数学推导得到它的动力学方程为二阶常系数齐次方程组，耦合

9、摆体系运动已经有研究l刨。但实际上，在复杂条件下无阻尼耦合摆的动力学方程为二阶非线性微分方程组，一般情况下无法求出精确解。我们可以利用数学软件mathematica求数值解的方法绘出解的图形，得到不同初始条件下的运动曲线的近似描述，便于了解和分析体系的运动情况。 摆1在摆2的驱动下运动，利用mathematica求数值解的方法，得到解的图形如图2(m1运动曲，线为实线，吨运动曲线为虚线)，保持摆1的初始位移为零，改变摆2的初始位移，运动规律不变。改变初始条件，我们可以得到各种耦合摆的数值解。以图形的方式来描述。 此方法还可以绘制更为复杂条件下数值解的运动曲线，对物理方程的二阶甚至高阶非线性微分

10、方程组的数值解法具有指导意义。 通过以上理论分析和案例的说明，数学软件与物理学科教学的整合，以物理学知识的学习作为载体，把数学软件作为工具和手段渗透到物理学科的教学中，把复杂的物理计算问题变简单，使学生将计算机知识和物理学科知识的学习融合在一起，从而达到培养学生解决物理学科问题的综合能力的目的。这种整合对物理教学手段及教学方法的改革，对学生物理学习的方法的改变，以及对提高物理教学效果都起到促进作用。摘自教育探索2008。08（2627）我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱

11、和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对

12、方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精

13、力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（1） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青

14、春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（2） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（3） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园

15、，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（4） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（5） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（6） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，身边好友渐渐的失去联系，失去了对话，生活中只有彼此两人；班级活动也不参加，社外活动也不参加，每天除了对方