作者：盧楠 謝佳 陳仕國 孟慧 單位：第三軍醫大學學員旅 第三軍醫大學物理學與生物物理學教研室

在醫學物理實驗中,發揮計算機強大的數據處理功能,可以把學生從機械煩瑣的簡單操作和計算中解放出來,使學生的注意力更多地集中在學習實驗的設計思路、方法、技巧以及提高實驗精度的關鍵性操作上,有利于教師引導學生對實驗作更深入的思考和研究,從而更能激發學生的學習興趣,對其它實驗課的教學具有借鑒作用。

在醫學物理實驗《用恒力矩法測轉動慣量》中,數據量大,計算公式多,表達式復雜,學生用計算器進行計算常常需要花費2小時以上的時間,特別容易出錯,并且不知道錯誤出在何處,易產生焦躁心理,降低學習興趣。為此,在教師指導下,學生利用所學計算機知識,通過精心設計編寫的計算程序,克服了上述困難,在培養學生良好的實驗習慣上取得好的效果。

1在計算機解決復雜計算過程的前提下,利用條件判斷檢測學生實驗中可能出現的差錯

計算機在進行數字計算時具有極大優勢,也易于被設計人員重視。然而,在應用于學生實驗數據處理時,如果不對數據本身進行核對,用錯誤的數據得出錯誤的結論,數據處理過程將變得毫無意義。在醫學物理實驗《用恒力矩法測轉動慣量》中,測量并計錄的數據達到100個以上。學生極易出現記錄次序錯誤,單位認讀錯誤,讀數錯誤等。事實上,一些學生計算出的誤差達百分之幾萬,完全是過程錯誤所致。

為此,程序設計數據輸入界面時,對基本數據,如砝碼質量、圓盤直徑等一次性測量數據(這些數據的測量錯誤或誤差會極大地影響測量的最終結果)采用逐個輸入的方式,并進行糾錯處理。例如,根據實驗中所用儀器的量值如質量、直徑等給定取值區域,超出取值區域報錯并提示可能的原因,要求修改,有效防止因單位換算失誤等導致的錯誤;根據一些數值的相互關系(如圓環的外徑大于內徑)進行判斷,從而發現輸入次序的錯誤,糾正部分學生丟三拉四的不良習慣,培養學生耐心細致的工作作風。由于數據輸入量大,極易產生輸入錯誤,基本數據輸入完畢后,對依次輸入的實驗基礎數據(如質量、內外徑)進行集中顯示,要求核對,進一步防止數據出錯。

2利用復選框實現計算模塊的選擇性調用,實現數據初檢和因材施教的目的

在醫學物理實驗教學中,為貫徹因材施教的原則,允許不同層次的學生完成不一樣的實驗內容,如有的要求驗證平移軸定理,有的不作要求。這就造成不同學生的實驗數據項目和數據量不一樣。另外,實驗教學中希望先對少量數據進行計算以初步檢驗實驗過程中是否存在差錯,這就需要數據處理方式比較靈活。事實上,在初步編寫的程序中,沒考慮到這一點,導致計算過程中出錯。在改進時,采用復選框選擇性輸入數據組,在需要計算的組別前打勾之后輸入數據,避免因默認輸入空值而引發計算錯誤,選擇性數據輸入界面如圖1。

3輸出詳細處理過程便于分析實驗成敗和誤差因素

在實驗數據分析時,一般學生只關心最后結果,失去了發現實驗“新現象”、找出實驗過程的不足并加以改進的機會。考慮這一點,程序設計時,以明細表(如圖2)的形式給出中間計算過程中的加速度、轉動慣量計算值、理論值、誤差值以及相對誤差等信息。為學生深入分析實驗過程提供了豐富的信息。事實上,在使用該軟件的過程中,多名學生發現小圓柱的轉動慣量測量值誤差大,并且角加速度不穩定,從而展開研究,在2007年重慶市首屆“醫學物理創新設計競賽”中,學生的其研究成果與本軟件一起共獲二等獎2項,3等獎1項。

4結語

在教學中調動學員的積極性,引導他們把多學科之間知識和能力貫通使用,比如學生用所學的計算機知識解決物理實驗中的問題,在提高教學效果和效率的同時,自身能力得到大幅提高,通過學以致用的研究性學習,提高了解決實際問題的能力,并產生了良好的社會效益,因為該研究,指導教師和學員被成都世紀中科儀器有限公司評為“創新用戶”,目前,公司已將該軟件推薦給其他用戶使用。