作者：卢楠 谢佳 陈仕国 孟慧 单位：第三军医大学学员旅 第三军医大学物理学与生物物理学教研室
在医学物理实验中,发挥计算机强大的数据处理功能,可以把学生从机械烦琐的简单操作和计算中解放出来,使学生的注意力更多地集中在学习实验的设计思路、方法、技巧以及提高实验精度的关键性操作上,有利于教师引导学生对实验作更深入的思考和研究,从而更能激发学生的学习兴趣,对其它实验课的教学具有借鉴作用。
在医学物理实验《用恒力矩法测转动惯量》中,数据量大,计算公式多,表达式复杂,学生用计算器进行计算常常需要花费2小时以上的时间,特别容易出错,并且不知道错误出在何处,易产生焦躁心理,降低学习兴趣。为此,在教师指导下,学生利用所学计算机知识,通过精心设计编写的计算程序,克服了上述困难,在培养学生良好的实验习惯上取得好的效果。
1在计算机解决复杂计算过程的前提下,利用条件判断检测学生实验中可能出现的差错
计算机在进行数字计算时具有极大优势,也易于被设计人员重视。然而,在应用于学生实验数据处理时,如果不对数据本身进行核对,用错误的数据得出错误的结论,数据处理过程将变得毫无意义。在医学物理实验《用恒力矩法测转动惯量》中,测量并计录的数据达到100个以上。学生极易出现记录次序错误,单位认读错误,读数错误等。事实上,一些学生计算出的误差达百分之几万,完全是过程错误所致。
为此,程序设计数据输入界面时,对基本数据,如砝码质量、圆盘直径等一次性测量数据(这些数据的测量错误或误差会极大地影响测量的最终结果)采用逐个输入的方式,并进行纠错处理。例如,根据实验中所用仪器的量值如质量、直径等给定取值区域,超出取值区域报错并提示可能的原因,要求修改,有效防止因单位换算失误等导致的错误;根据一些数值的相互关系(如圆环的外径大于内径)进行判断,从而发现输入次序的错误,纠正部分学生丢三拉四的不良习惯,培养学生耐心细致的工作作风。由于数据输入量大,极易产生输入错误,基本数据输入完毕后,对依次输入的实验基础数据(如质量、内外径)进行集中显示,要求核对,进一步防止数据出错。
2利用复选框实现计算模块的选择性调用,实现数据初检和因材施教的目的
在医学物理实验教学中,为贯彻因材施教的原则,允许不同层次的学生完成不一样的实验内容,如有的要求验证平移轴定理,有的不作要求。这就造成不同学生的实验数据项目和数据量不一样。另外,实验教学中希望先对少量数据进行计算以初步检验实验过程中是否存在差错,这就需要数据处理方式比较灵活。事实上,在初步编写的程序中,没考虑到这一点,导致计算过程中出错。在改进时,采用复选框选择性输入数据组,在需要计算的组别前打勾之后输入数据,避免因默认输入空值而引发计算错误,选择性数据输入界面如图1。
3输出详细处理过程便于分析实验成败和误差因素
在实验数据分析时,一般学生只关心最后结果,失去了发现实验“新现象”、找出实验过程的不足并加以改进的机会。考虑这一点,程序设计时,以明细表(如图2)的形式给出中间计算过程中的加速度、转动惯量计算值、理论值、误差值以及相对误差等信息。为学生深入分析实验过程提供了丰富的信息。事实上,在使用该软件的过程中,多名学生发现小圆柱的转动惯量测量值误差大,并且角加速度不稳定,从而展开研究,在2007年重庆市首届“医学物理创新设计竞赛”中,学生的其研究成果与本软件一起共获二等奖2项,3等奖1项。
4结语
在教学中调动学员的积极性,引导他们把多学科之间知识和能力贯通使用,比如学生用所学的计算机知识解决物理实验中的问题,在提高教学效果和效率的同时,自身能力得到大幅提高,通过学以致用的研究性学习,提高了解决实际问题的能力,并产生了良好的社会效益,因为该研究,指导教师和学员被成都世纪中科仪器有限公司评为“创新用户”,目前,公司已将该软件推荐给其他用户使用。