自由及開源軟件在物理教育中應用的初步探討ppt課件

1、自在及開源軟件在物理教育中自在及開源軟件在物理教育中運用的初步討論運用的初步討論 2006年8月吳肖 廖文 楊友源摘要摘要 本論文不但引見了自在及開源軟件的來源和概念，還對它們在教育中運用的優(yōu)勢及局限性進展了討論。此外，我們更對自在及開源軟件如何在物理教育中發(fā)揚有效的運用進展了詳細的舉例闡明。 1自在及開源軟件引見自在及開源軟件引見自在及開源軟件(Free and Open source software)是一種提供用戶運用的自在和公開源代碼的軟件，它允許任何人自在的運轉、拷貝、分散以及修正和完善 自在及開源軟件的概念首先由美國麻省理工學院(MIT)的理查德斯托曼(Richard Stallm

2、an)于八十年代中后期提出，他以為自在及開源軟件是全人類共同的財富，應該自在傳播。以后，他成立了第一個自在及開源軟件組織一一自在軟件基金會(GNU)，并擬訂了一份公用版權法律文本(通用公共答應證)，對自在及開源軟件進展了界定。 2自在及開源軟件的出色代表Linux Netscape 提供他們的提供他們的 Navigator閱讀器的源閱讀器的源代碼，其后開展成為現(xiàn)今非常受歡迎的代碼，其后開展成為現(xiàn)今非常受歡迎的Mozilla(或或Firefox)閱讀器閱讀器 Sun公司公司 辦公室套件辦公室套件 除了操作系統(tǒng)、閱讀器及辦公套件外，在除了操作系統(tǒng)、閱讀器及辦公套件外，在

3、數(shù)據(jù)庫、中間件、開發(fā)環(huán)境、測試工具、電子數(shù)據(jù)庫、中間件、開發(fā)環(huán)境、測試工具、電子商務平臺、群件、教育軟件等領域里都有大量商務平臺、群件、教育軟件等領域里都有大量成熟的自在及開源軟件存在。成熟的自在及開源軟件存在。 3自在及開源軟件在教育中運用的優(yōu)勢自在及開源軟件在教育中運用的優(yōu)勢節(jié)約有限的教育經(jīng)費，緩解教育行業(yè)資金短缺節(jié)約有限的教育經(jīng)費，緩解教育行業(yè)資金短缺倡導合法、規(guī)范地運用軟件的風氣倡導合法、規(guī)范地運用軟件的風氣自在及開源軟件的運轉更加穩(wěn)定和平安，并對自在及開源軟件的運轉更加穩(wěn)定和平安，并對硬件的要求不高，可挽救部分被淘汰的舊計算硬件的要求不高，可挽救部分被淘汰的舊計算機設備。機設備。自在

4、及開源軟件可以培育人的創(chuàng)新精神，使教自在及開源軟件可以培育人的創(chuàng)新精神，使教學資源發(fā)揚最大的收益。學資源發(fā)揚最大的收益。 4 5 雖然自在及開源軟件有如此多的優(yōu)勢，但由于其開展還不夠完善，存在著一些局限性，如需求對教師和學生的計算機才干的再培訓，技術支持的缺乏，硬件驅(qū)動的無效，加之學校管理層對自在及開源軟件缺乏認識以及來自專利軟件的壓力，使其運用遭到了一些限制。3 自在及開源軟件在物理教育中自在及開源軟件在物理教育中的運用舉例及討論的運用舉例及討論 Praat 聲音分析軟件聲音分析軟件 免費從免費從httpfon.hum.uva.nl/praat/ 下載下載 錄制聲音，實現(xiàn)聲音波形的圖形化，錄

5、制聲音，實現(xiàn)聲音波形的圖形化，能實現(xiàn)聲音的聲譜分析，音高分析，共能實現(xiàn)聲音的聲譜分析，音高分析，共振峰分析，音強分析等幾乎一切的語音振峰分析，音強分析等幾乎一切的語音分析。分析。 6實驗一探求敲打力度與聲音的響度、波形的振幅之探求敲打力度與聲音的響度、波形的振幅之間的關系，探求聲音的音調(diào)與音叉頻率之間間的關系，探求聲音的音調(diào)與音叉頻率之間的關系，準確的丈量音叉的頻率，探求聲音的關系，準確的丈量音叉的頻率，探求聲音的音色與波形的關系。的音色與波形的關系。 7 7不同的音色，不同的波形a小提琴 b大提琴圖2 小提琴和大提琴的發(fā)音波形實驗二 探求拍的波形，量度拍頻。學生可探求拍的波形，量度拍頻。學生

6、可以經(jīng)過察看拍的波形，加深對波的疊加以經(jīng)過察看拍的波形，加深對波的疊加規(guī)律的了解。規(guī)律的了解。 8頻率相差大約2Hz的兩個音叉 實驗三 察看共振波形，測試共振效果。選用兩個頻率一樣的音叉a，b，敲打a音叉使其發(fā)聲，隨后握住a音叉使其停頓振動，Praat采集的波形為 9可在可在 直流模擬，交流模擬，散射參數(shù)模擬，諧直流模擬，交流模擬，散射參數(shù)模擬，諧波平衡分析模擬，噪聲分析模擬等，完全可波平衡分析模擬，噪聲分析模擬等，完全可以滿足物理學電子專業(yè)學生自主學習的需求。以滿足物理學電子專業(yè)學生自主學習的需求。 11QUCSQuite Universal Circuit Simulator)電路仿真軟件

7、電路仿真軟件 教學中的運用方式一 作為學生預習或者復習電學實驗一種工具。 普通物理實驗“惠斯登電橋 參數(shù)設定：Param=Rmeasure Start=100 ohm ;Stop=1kohm;point=100 Param=Rbranch; Start=500 ohm;Stop=1.5kohm,point=3教學中的運用方式二 12 用于教師進展電子電路等課程的教學 一種電子電路的畫圖工具。其模擬結果呈現(xiàn)物理規(guī)律。在QUCS的網(wǎng)站上有許多曾經(jīng)做好的例子，可供教師下載直接教學之用。 用于學生自主設計開發(fā)電路。學生在自行設計一些電路時，QUCS可以立刻反響設計電路的實驗結果，協(xié)助學生在最短時間內(nèi)判

8、別電路的正確與否。 教學中的運用方式三 圖9 電源的整流濾波電路 圖10 不同的負載電阻整流后的輸出波形 SCILAB科學計算軟件科學計算軟件 下載。 Scilab內(nèi)含大量各類的數(shù)學函數(shù)、統(tǒng)計函數(shù)、線性代數(shù)處置、矩陣處置、多項式計算、積分微分、二十多類數(shù)學難題或方程式的求解。另外，它亦提供約70項信號處置的過濾、采樣及轉換等方法。它主要有三個功能：數(shù)值計算、計算結果可視化以及圖形化動態(tài)模型仿真。這三個功能在物理教學中有著廣泛的運用 數(shù)值計算數(shù)值計算擾動系數(shù)m=0 擾動系數(shù)m=0.17 擾動系數(shù)m=4.89 利用Scilab計算出不同初始條件下單擺的角度與角速度，并繪制出不同擾

9、動系數(shù)下單擺在相空間的軌跡圖，以察看從有序到混沌的變化過程。 計算結果可視化計算結果可視化 利用Scilab計算表征干涉光強的矩陣，并將其作為顏色索引向量，繪制出牛頓環(huán)的干涉圖像，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。圖形化動態(tài)模型仿真圖形化動態(tài)模型仿真(Scicos) Scicos (SCILAB connected object simulator)是一種基于SCILAB平臺的圖形化動態(tài)模型仿真器，它可以直觀、有效地表現(xiàn)物理過程或數(shù)字模型中的數(shù)據(jù)傳送、演算、變換、顯示等過程。本例“李薩如圖形的圖形化模型仿真就是它的一個簡單運用。頻率比為2：3 頻率比為9：11相位差為pi/3 相位差為pi結論結論 從近期各文獻關于信息技術在科學或物理教育上的研討和以上三個自在及開源軟件在物理教學中的運用例子，我們可再一提高一定和引證自在及開源軟件有著宏大的運用潛力：自在及開源軟件在其功能上并不遜于商業(yè)軟件，而且比大多數(shù)商業(yè)軟件小巧。例如Scilab是與Matlab類似的科學計算軟件，Matlab可實現(xiàn)的大多數(shù)功能Scilab都能實現(xiàn)。但Matlab非常龐大，對硬件的要求也較高，價錢極為昂貴。相比之下，Scilab具有明顯的優(yōu)勢。自在及開源軟件設計比較具有人性化，操作起來非常的簡單，Praat和QUCS都非常地簡單易學，用起來得心應手，所以很容易在學生中得到推行。另外