推荐序

物理学是学生在学习中遇到困难较多的一门学科。这首先是因为物理学研究的范围非常广，大到太阳系、银河系、整个宇宙，小到分子、原子、基本粒子等。其次是因为物理学研究的内容非常多，要学习它，需要具备丰富的社会经验，这就增加了学习难度。物理学的知识涉及我们周围事物的方方面面，工业、农业、医学、军事、科技等领域的研究都离不开物理学的知识，可以说我们生活中到处充满了物理知识。我们要把看到的错综复杂的事物中的物理现象剥离出来，找到其中规律性的东西，还要把学习过的物理知识应用到生活中。

物理学的内容十分具体，涉及一个个实实在在的物体，一件件身边的事物。物理学又很抽象，它的一个个规律需要我们理解，不同事物中的共同特点需要我们想象。这就要求我们既要有形象思维能力，又要有抽象思维能力。在物理学的学习中还要用到较深的数学知识，要真正学习好物理学，就要求学生有较高的综合素养。

物理学的研究和学习又有它自身的特点，抓住它的特点会给我们的学习带来很大帮助。比如，物理学是一门实验科学，物理学的研究和学习都离不开物理实验。因此，物理学习中的实验教学是学好物理的重要手段。在物理教学的过程中安排了大量的物理实验，如果我们做好了这些实验，学习物理就会轻松很多。因为物理实验能帮助我们了解所研究事物的图景、学习物理学的研究方法、得到所研究问题的结果、理解物理规律的本质。

当前的物理教学和实验教学还存在许多不足。由于各种原因，很多学生在物理学习中没有完成物理课程标准中安排的实验，这对学生学好物理知识是十分不利的。

我们物理界的许多教师抱着让学生真正学好物理知识的想法，做好物理实验、开发新的物理实验、用多种方法帮助学生通过实验理解物理知识。

记得在20世纪80年代微型计算机刚刚进入中国的时候，我就用BASIC语言编制物理教学的实验展示程序，用于物理教学。后来又用几何画板和3D绘图软件编制物理实验仿真程序，通过对这些软件的应用，我在物理教学中取得了不错的教学效果。还有许许多多的物理教师和计算机专业的教师在这方面做出了相当大的努力，也取得了物理实验教学方面的巨大成功。

不断发展的计算机技术为我们利用计算机帮助学生做好物理实验提供了更多的手段。虚拟现实技术的应用和人工智能技术的发展给物理实验教学提供了新的途径。

张继春是车辆工程专业的一名教师，在力学课的教学中探究用计算机技术展示物理实验，利用Python编制了大量的物理实验演示程序，在物理实验仿真方面又给我们开避了一条新路径。

Python的语法简单，对我这个不太了解这种语言的人来说，通过阅读张老师编写的程序，也能看出一个程序要做的事情，这为初学者学习这种语言提供了很大方便。

通过研究张继春老师所编的这些程序可以看出，这些程序演示的物体运动是经过科学计算的，物体的运动过程跟真实的实验中物体的运动过程是一样的。每一个程序在展示物体运动的同时还把物体运动的“位移-时间关系图线”和“速度-时间关系图线”显示出来了，这是对物体运动做深入研究的基础，对学生深入理解和进一步研究物体运动提供了有利条件。

利用Python，教师可以在课堂上演示物体的运动，学生可以在家里研究物体的运动。我们还可以利用表示物体运动规律的数学公式研究更复杂的运动，如两个互相垂直的匀变速直线运动的合成是什么运动等。Python为我们深入研究物体的运动提供了一个广阔的平台。感谢张老师为我们所做的工作。在学习本书的开始阶段，我们可以利用现有的程序，到后来可以自己编制新的程序，完成要研究的内容。

从另一方面说，物理学是一门实验科学，真实的实验是不能被代替的。所以我们的教师要把实验重视起来，在课堂上完成好物理课程标准中要求的演示实验和学生实验。仿真实验作为真实实验后的一个补充还是大有研究意义的。我们可以改变实验条件、增加实验次数、观察在实际实验中不太容易展示的内容。

目前全国各地学校的硬件设施基本上都能够达到物理课程标准要求的内容，但还是有个别学校的实验设备达不到物理课程标准要求的配备，这时就可以使用教学软件来帮助我们解决问题。我觉得关键问题是我们的教师对待物理实验教学的观念问题和教师实验技能是否达标的问题。如果我们重视实验教学，在做好物理课堂演示实验的基础上再利用计算机仿真软件做补充，我们的学生在学习完物理课程后，科学素养会有一个大的飞跃。

当然，Python软件在做力学仿真实验中有它的优势，也有它的不足。例如，在显示研究对象时的生动性还有待改进。不过使用Python后给我们带来的好处还是很多的。欢迎大家把Python软件用在我们的物理教学和学习中。

中央电视台科学顾问

北京师范大学教授

北京市物理特级教师 彭梦华