作者：盧楠 謝佳 陳仕國(guó) 孟慧 單位：第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員旅 第三軍醫(yī)大學(xué)物理學(xué)與生物物理學(xué)教研室

在醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中,發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,可以把學(xué)生從機(jī)械煩瑣的簡(jiǎn)單操作和計(jì)算中解放出來,使學(xué)生的注意力更多地集中在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、方法、技巧以及提高實(shí)驗(yàn)精度的關(guān)鍵性操作上,有利于教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)作更深入的思考和研究,從而更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,對(duì)其它實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)具有借鑒作用。

在醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)《用恒力矩法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量》中,數(shù)據(jù)量大,計(jì)算公式多,表達(dá)式復(fù)雜,學(xué)生用計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算常常需要花費(fèi)2小時(shí)以上的時(shí)間,特別容易出錯(cuò),并且不知道錯(cuò)誤出在何處,易產(chǎn)生焦躁心理,降低學(xué)習(xí)興趣。為此,在教師指導(dǎo)下,學(xué)生利用所學(xué)計(jì)算機(jī)知識(shí),通過精心設(shè)計(jì)編寫的計(jì)算程序,克服了上述困難,在培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣上取得好的效果。

1在計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜計(jì)算過程的前提下,利用條件判斷檢測(cè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)

計(jì)算機(jī)在進(jìn)行數(shù)字計(jì)算時(shí)具有極大優(yōu)勢(shì),也易于被設(shè)計(jì)人員重視。然而,在應(yīng)用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí),如果不對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行核對(duì),用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)得出錯(cuò)誤的結(jié)論,數(shù)據(jù)處理過程將變得毫無意義。在醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)《用恒力矩法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量》中,測(cè)量并計(jì)錄的數(shù)據(jù)達(dá)到100個(gè)以上。學(xué)生極易出現(xiàn)記錄次序錯(cuò)誤,單位認(rèn)讀錯(cuò)誤,讀數(shù)錯(cuò)誤等。事實(shí)上,一些學(xué)生計(jì)算出的誤差達(dá)百分之幾萬,完全是過程錯(cuò)誤所致。

為此,程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入界面時(shí),對(duì)基本數(shù)據(jù),如砝碼質(zhì)量、圓盤直徑等一次性測(cè)量數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)的測(cè)量錯(cuò)誤或誤差會(huì)極大地影響測(cè)量的最終結(jié)果)采用逐個(gè)輸入的方式,并進(jìn)行糾錯(cuò)處理。例如,根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所用儀器的量值如質(zhì)量、直徑等給定取值區(qū)域,超出取值區(qū)域報(bào)錯(cuò)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(dǎo)致的錯(cuò)誤;根據(jù)一些數(shù)值的相互關(guān)系(如圓環(huán)的外徑大于內(nèi)徑)進(jìn)行判斷,從而發(fā)現(xiàn)輸入次序的錯(cuò)誤,糾正部分學(xué)生丟三拉四的不良習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的工作作風(fēng)。由于數(shù)據(jù)輸入量大,極易產(chǎn)生輸入錯(cuò)誤,基本數(shù)據(jù)輸入完畢后,對(duì)依次輸入的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如質(zhì)量、內(nèi)外徑)進(jìn)行集中顯示,要求核對(duì),進(jìn)一步防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)。

2利用復(fù)選框?qū)崿F(xiàn)計(jì)算模塊的選擇性調(diào)用,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)初檢和因材施教的目的

在醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,為貫徹因材施教的原則,允許不同層次的學(xué)生完成不一樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如有的要求驗(yàn)證平移軸定理,有的不作要求。這就造成不同學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)目和數(shù)據(jù)量不一樣。另外,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中希望先對(duì)少量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以初步檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程中是否存在差錯(cuò),這就需要數(shù)據(jù)處理方式比較靈活。事實(shí)上,在初步編寫的程序中,沒考慮到這一點(diǎn),導(dǎo)致計(jì)算過程中出錯(cuò)。在改進(jìn)時(shí),采用復(fù)選框選擇性輸入數(shù)據(jù)組,在需要計(jì)算的組別前打勾之后輸入數(shù)據(jù),避免因默認(rèn)輸入空值而引發(fā)計(jì)算錯(cuò)誤,選擇性數(shù)據(jù)輸入界面如圖1。

3輸出詳細(xì)處理過程便于分析實(shí)驗(yàn)成敗和誤差因素

在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí),一般學(xué)生只關(guān)心最后結(jié)果,失去了發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)“新現(xiàn)象”、找出實(shí)驗(yàn)過程的不足并加以改進(jìn)的機(jī)會(huì)。考慮這一點(diǎn),程序設(shè)計(jì)時(shí),以明細(xì)表(如圖2)的形式給出中間計(jì)算過程中的加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算值、理論值、誤差值以及相對(duì)誤差等信息。為學(xué)生深入分析實(shí)驗(yàn)過程提供了豐富的信息。事實(shí)上,在使用該軟件的過程中,多名學(xué)生發(fā)現(xiàn)小圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量值誤差大,并且角加速度不穩(wěn)定,從而展開研究,在2007年重慶市首屆“醫(yī)學(xué)物理創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽”中,學(xué)生的其研究成果與本軟件一起共獲二等獎(jiǎng)2項(xiàng),3等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

4結(jié)語

在教學(xué)中調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極性,引導(dǎo)他們把多學(xué)科之間知識(shí)和能力貫通使用,比如學(xué)生用所學(xué)的計(jì)算機(jī)知識(shí)解決物理實(shí)驗(yàn)中的問題,在提高教學(xué)效果和效率的同時(shí),自身能力得到大幅提高,通過學(xué)以致用的研究性學(xué)習(xí),提高了解決實(shí)際問題的能力,并產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益,因?yàn)樵撗芯?指導(dǎo)教師和學(xué)員被成都世紀(jì)中科儀器有限公司評(píng)為“創(chuàng)新用戶”,目前,公司已將該軟件推薦給其他用戶使用。