第１１卷第３期 实验科学与技术 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ＿１ｌ Ｎｏ．３ ２０１３年６月 Ｊｕｎ．２０１３ ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ在大学物理实验教学中的应用 李斌，谭鹏，陈国杰，谢嘉宁，张潞英 光电子与物理学系，广东佛山５２８０００） （佛山科学技术学院摘要：ＭＡＴＬＡＢ软件为用户提供了图形用户界面（ＧＵＩ）的设计与开发功能。文章通过实例介绍了ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ在大学物理实验教 学中的应用。将ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ应用于大学物理实验教学，能使大学物理实验教学更生动、更高效，提高了学生的学习兴趣。 关键词：图形用户界面；大学物理实验；实验仿真；数据处理 中图分类号：ＴＰ３９１．９；０４—３３；Ｇ６４２．４２３ 文献标志码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４５５０．２０１３．０３．０１２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ＬＩ Ｂｉｎ，ＴＡＮ Ｐｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｊｉｅ，ＸＩＥ Ｊｉａｎｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｌｕｙｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｆｏｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｏｓｈａｎ ５２８０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＡＴＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｕｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ（ＧＵＩ）．Ｓｏｍｅ ａｐｐｌｉ－ ｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｃｏｌｌｅｇｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＭＡＴＬＡＢ ＧＵ１ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｃｏｌｌｅｇｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ，ｉｔ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｃｏｌｌｅｇｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｏｒｅ ｖｉｖｉｄ，ｍｏｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｎｄ ｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ；ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 物理学是一门以实验为基础的科学，正如著名 面，轻松实现实验数据的交互式显示 Ｊ。把ＭＡＴ— 物理学家丁肇中教授所说：“实验是自然科学的基 础。实验可以推翻理论，理论不可以推翻实验”…。 大学物理实验是高等院校理工科学生进入大学后接 受的第一门必修的基础实验课程，是学生接受系统 实验能力和实验训练的开端。它在培养大学生严谨 ＬＡＢ ＧＵＩ应用于大学物理实验教学中，是改革大学 物理实验教学的一大举措，它能对实验进行科学逼 真地仿真或数据处理等，用户可以直接在界面上输 入和改变参数，实时动态地展现实验仿真结果或数 据处理结果。这不仅有利于学生加深对实验原理和 的科学态度、科学作风、实验基本技能、创新能力 与创新意识等方面起着十分重要的作用。目前大学 物理实验课程的教学手段落后于现代技术，实验数 据处理方法繁琐落后，不适应现代社会对人才培养 的需求。随着计算机技术的不断发展，我们应该充 分利用现代技术手段，积极改革大学物理实验教学。 实验现象的理解，减轻数据处理的繁重劳动，而且 还能激发学生的学习兴趣，提高学习效率，培养学 生的创新能力。 １ 利用ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ实现实验仿真 学生在学习大学物理实验课程时，其理论知识 ＭＡＴＬＡＢ是一套高性能的数值计算和可视化软 件，它既能进行科学计算，又能开发出所需要的图 形界面。使用图形用户界面（ＧＵＩ）可以简单、便捷 地设计出美观方便的菜单化和控件式的人机交互界 的学习相对滞后，因此在教学中需要教师讲解实验 原理、调节实验仪器、演示实验现象等，而实验学 时有限，因而部分教师只是对实验原理等内容简单 带过，学生通常在一知半解中做实验，不能正确地 理解和分析实验原理、实验现象，做完实验以后收 获不大。如果把ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ应用到大学物理实 收稿日期：２０１２—０６—２８；修改日期：２０１２—１０—３０ 基金项目：广东省本科高等教育教学改革立项项目；“大学 物理实验”广东省精品课程；广东省物理实验教 验教学中，通过数学模型的建立，设计出丰富直观 的操作界面，学生可以直接在界面上输入或改变参 数，直接地观测到图形或实验结果的变化。因而学 生在较短时间内对实验有一个初步印象，同时能加 深学生对物理现象及物理规律的理解，增强学生的 学习兴趣和主动．陛。课后学生还可以利用ＭＡＴＬＡＢ 学示范中心资助；佛山科学技术学院“面向佛山 光电产业、光信息专业应用型人才培养实践教 学的创新与实践”项目（ＢＫＹＢ２０１１０８５）。 作者简介：李斌（１９７３一），女，硕士，实验师，主要研 究方向：量子光学、物理实验教学与研究。 第１１卷第３期 霍新录：构建绿色生物实验平台的探索与实践 ・１６３・ 节约资源和防止污染人手，通过构建绿色生物实验 ［５］由继红．实验室生物安全问题的研究［Ｊ］．实验技术与 管理，２０１１，２５（１０）：１６９—１７１． ［６］陈华絮，杨素娇．强化环保意识，创建绿色生物实验室 ［Ｊ］．实验科学与技术，２００７，５（６）：１２５—１２６，１３１． ［７］程宝晶，徐良梅，李仲玉，等．大型仪器开放共享的探 讨［Ｊ］＿实验室研究与探索，２０１０，２９（７），３３４—３３５． ［８］张惠蓉，张建伟，薛华柏，等．高校中心实验室建设 和管理的实践与探索［Ｊ］．现代科学仪器，２０１０（２）： １９３—１９５． 室，培养学生良好的实验习惯和强烈的环保意识， 在保证实验教学效果的前提下，积极、合理地应用 绿色化的措施，完善实验教学管理，努力实现生物 实验室绿色化，为师生创造一个良好的实验环境。 参考文献 ［１］张琰图．绿色化学的兴起及在中国的发展概况［Ｊ］．延 安大学学报，２００１（１）：６６—６７． ［９］曹蓬勃．谈低碳时代生物化学实验的绿色化［Ｊ］．实验 科学与技术，２０１０，８（６）：１８６—１８８． ［１０］张伟伟，刘俊华，任丽丽．实验室生物安全问题及其 防护建议［Ｊ］．安徽农业科学，２０１０（２１）：１４９—１９０． ［１１］刘晶晶，刘丹，李启彬，等．高校实验室污染现状调查及 排污管理方案研究［Ｊ］．四 Ｉ环境，２００６，２５（４）：６一＆ ［２］余训爽．浅谈高校绿色化学实验室的建设［Ｊ］．实验科 学与技术，２０１０，８（３）：１６６—１６９． ［３］汪兴生，廖建民．高等学校生物类实验室绿色化建设 之初见［Ｊ］．科技传播，２００９（７）：１２２—１２３． ［４］赵实，张鸿明，陆泉枝．生物实验室绿色化建设的探 讨［Ｊ］．实验室研究与探索，２００６，２５（１）：１２２—１２４． （上接第３６页） 理的手段基本上是手工处理，这样不仅效率低而且 误差大。ＭＡＴＬＡＢ不仅图形功能强大，在数据分析 验数据变得高效、直观、简单，把学生从枯燥繁琐 的运算中解放出来 ，教师也可以它用来检验学 生的实验数据是否合理。 计算方面也非常优异，它提供了大量的科学计算函 数，用来处理曲线拟合、数据插值等问题，非常便 捷。利用ＭＡＴＬＡＢ的ＧＵＩ功能，既能保持ＭＡＴＬＡＢ 优异的数值处理能力，又能提供良好的人机交互界 面。下面以“热敏电阻温度特Ｉ生实验”为例进行说明。 ３ 结束语 ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ在实验仿真、数据处理等方面既 直观又方便，通过ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ设计与大学物理 实验有机结合，使大学物理实验教学更生动、更高 效，教学内容更充实，对大学物理实验的教和学两 方面都能起到很好的辅助作用。随着ＭＡＴＬＡＢ版 本的升高，其功能也越来越完善，会使得ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ在大学物理实验教学中的应用越来越广泛。 参考文献 ［１］黄义清，李斌，周有平．大学物理实验教程［Ｍ］．北 京：电子工业出版社，２０１２：１． 热敏电阻的阻值 与温度 的函数关系为 Ｒ＝０ｅｂ／Ｔ 式中，Ｒ与 为实验的测量值；ａ和ｂ是待求的常 量 Ｊ。由于尺与 为非线性关系，通常的数据处理 方法是将曲线改画成直线后再用图解法处理数据。 根据实验数据处理要求设计实验界面，在界面 中分别输人温度值和电阻值，点击“运行”控件， 可以得到图３所示的数据处理结果。结果中分别显 示了通过拟合后的Ｒ—Ｔ和ｌｎＲ一１／Ｔ关系图，并 ［２］罗华飞．ＭＡＴＬＡＢ ＧＵＩ设计学习手记［Ｍ］．北京：北京 航空航天大学出版社，２００９． 实时输出待求系数ａ和ｂ的值。 ［３］赵凯华，钟锡华．光学（下册）［Ｍ］．北京：北京大学 出版社，１９８４． ［４］姚启钧．光学教程［Ｍ］．北京：高等教育出版社， １９８９． ［５］谭毅．光栅衍射的仿真实验研究［Ｊ］．实验科学与技 术，２０１１，９（４）：４８—４９． ［６］李松柏，吴加贵，卢孟春，等．基于ＭＡＴＬＡＢ的光栅 衍射实验仿真与研究［Ｊ］．西南民族大学学报：自然科 学版，２０１０，３６（５）：７９５—８０２． 图３热敏电阻温度特性实验的界面 ［７］张兆奎，缪连元，张立．大学物理实验［Ｍ］．北京： 高等教育出版社，２００８． 利用ＭＡＴＬＡＢ强大的数据处理功能和图形显 示功能，加上ＧＵＩ的交互式显示功能，使处理实 ［８］吴利华．Ｍａｔｌａｂ在大学物理实验教学中的应用［Ｊ］．实 验科学与技术，２００９，７（２）：１０１—１０３．