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作者：盧楠 謝佳 陳仕國 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)物理實驗中,發(fā)揮計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能,可以把學(xué)生從機械煩瑣的簡單操作和計算中解放出來,使學(xué)生的注意力更多地集中在學(xué)習(xí)實驗的設(shè)計思路、方法、技巧以及提高實驗精度的關(guān)鍵性操作上,有利于教師引導(dǎo)學(xué)生對實驗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,對其它實驗課的教學(xué)具有借鑒作用。

在醫(yī)學(xué)物理實驗《用恒力矩法測轉(zhuǎn)動慣量》中,數(shù)據(jù)量大,計算公式多,表達式復(fù)雜,學(xué)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(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)計算機知識,通過精心設(shè)計編寫的計算程序,克服了上述困難,在培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣上取得好的效果。

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

計算機在進行數(shù)字計算時具有極大優(yōu)勢,也易于被設(shè)計人員重視。然而,在應(yīng)用于學(xué)生實驗數(shù)據(jù)處理時,如果不對數(shù)據(jù)本身進行核對,用錯誤的數(shù)據(jù)得出錯誤的結(jié)論,數(shù)據(jù)處理過程將變得毫無意義。在醫(yī)學(xué)物理實驗《用恒力矩法測轉(zhuǎn)動慣量》中,測量并計錄的數(shù)據(jù)達到100個以上。學(xué)生極易出現(xiàn)記錄次序錯誤,單位認讀錯誤,讀數(shù)錯誤等。事實上,一些學(xué)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(shè)計數(shù)據(jù)輸入界面時,對基本數(shù)據(jù),如砝碼質(zhì)量、圓盤直徑等一次性測量數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)的測量錯誤或誤差會極大地影響測量的最終結(jié)果)采用逐個輸入的方式,并進行糾錯處理。例如,根據(jù)實驗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(dǎo)致的錯誤;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)進行判斷,從而發(fā)現(xiàn)輸入次序的錯誤,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)生輸入錯誤,基本數(shù)據(jù)輸入完畢后,對依次輸入的實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如質(zhì)量、內(nèi)外徑)進行集中顯示,要求核對,進一步防止數(shù)據(jù)出錯。

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

在醫(yī)學(xué)物理實驗教學(xué)中,為貫徹因材施教的原則,允許不同層次的學(xué)生完成不一樣的實驗內(nèi)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(xué)生的實驗數(shù)據(jù)項目和數(shù)據(jù)量不一樣。另外,實驗教學(xué)中希望先對少量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(dǎo)致計算過程中出錯。在改進時,采用復(fù)選框選擇性輸入數(shù)據(jù)組,在需要計算的組別前打勾之后輸入數(shù)據(jù),避免因默認輸入空值而引發(fā)計算錯誤,選擇性數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析時,一般學(xué)生只關(guān)心最后結(jié)果,失去了發(fā)現(xiàn)實驗“新現(xiàn)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(shè)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(zhuǎn)動慣量計算值、理論值、誤差值以及相對誤差等信息。為學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)小圓柱的轉(zhuǎn)動慣量測量值誤差大,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)計競賽”中,學(xué)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(jié)語

在教學(xué)中調(diào)動學(xué)員的積極性,引導(dǎo)他們把多學(xué)科之間知識和能力貫通使用,比如學(xué)生用所學(xué)的計算機知識解決物理實驗中的問題,在提高教學(xué)效果和效率的同時,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),提高了解決實際問題的能力,并產(chǎn)生了良好的社會效益,因為該研究,指導(dǎo)教師和學(xué)員被成都世紀中科儀器有限公司評為“創(chuàng)新用戶”,目前,公司已將該軟件推薦給其他用戶使用。