自由及開源軟件在物理教育中應(yīng)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(yùn)用的初步討論運(yùn)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(yùn)用的優(yōu)勢及局限性進(jìn)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(yáng)有效的運(yùn)用進(jìn)展了詳細(xì)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(yùn)用的自在和公開源代碼的軟件，它允許任何人自在的運(yùn)轉(zhuǎn)、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(xué)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(cái)富，應(yīng)該自在傳播。以后，他成立了第一個(gè)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(quán)法律文本(通用公共答應(yīng)證)，對自在及開源軟件進(jìn)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(wù)平臺、群件、教育軟件等領(lǐng)域里都有大量商務(wù)平臺、群件、教育軟件等領(lǐng)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(yùn)用的優(yōu)勢自在及開源軟件在教育中運(yùn)用的優(yōu)勢節(jié)約有限的教育經(jīng)費(fèi)，緩解教育行業(yè)資金短缺節(jié)約有限的教育經(jīng)費(fèi)，緩解教育行業(yè)資金短缺倡導(dǎo)合法、規(guī)范地運(yùn)用軟件的風(fēng)氣倡導(dǎo)合法、規(guī)范地運(yùn)用軟件的風(fēng)氣自在及開源軟件的運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定和平安，并對自在及開源軟件的運(yùn)轉(zhuǎn)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(jì)算硬件的要求不高，可挽救部分被淘汰的舊計(jì)算機(jī)設(shè)備。機(jī)設(shè)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(xué)資源發(fā)揚(yáng)最大的收益。學(xué)資源發(fā)揚(yáng)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(xué)生的計(jì)算機(jī)才干的再培訓(xùn)，技術(shù)支持的缺乏，硬件驅(qū)動的無效，加之學(xué)校管理層對自在及開源軟件缺乏認(rèn)識以及來自專利軟件的壓力，使其運(yùn)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(yùn)用舉例及討論的運(yùn)用舉例及討論 Praat 聲音分析軟件聲音分析軟件 免費(fèi)從免費(fèi)從httpfon.hum.uva.nl/praat/ 下載下載 錄制聲音，實(shí)現(xiàn)聲音波形的圖形化，錄

5、制聲音，實(shí)現(xiàn)聲音波形的圖形化，能實(shí)現(xiàn)聲音的聲譜分析，音高分析，共能實(shí)現(xiàn)聲音的聲譜分析，音高分析，共振峰分析，音強(qiáng)分析等幾乎一切的語音振峰分析，音強(qiáng)分析等幾乎一切的語音分析。分析。 6實(shí)驗(yàn)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(guān)系，探求聲音的音調(diào)與音叉頻率之間間的關(guān)系，探求聲音的音調(diào)與音叉頻率之間的關(guān)系，準(zhǔn)確的丈量音叉的頻率，探求聲音的關(guān)系，準(zhǔn)確的丈量音叉的頻率，探求聲音的音色與波形的關(guān)系。的音色與波形的關(guān)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(shí)驗(yàn)二 探求拍的波形，量度拍頻。學(xué)生可探求拍的波形，量度拍頻。學(xué)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(gè)音叉 實(shí)驗(yàn)三 察看共振波形，測試共振效果。選用兩個(gè)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(xué)電子專業(yè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求。以滿足物理學(xué)電子專業(yè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求。 11QUCSQuite Universal Circuit Simulator)電路仿真軟件

7、電路仿真軟件 教學(xué)中的運(yùn)用方式一 作為學(xué)生預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)電學(xué)實(shí)驗(yàn)一種工具。 普通物理實(shí)驗(yàn)“惠斯登電橋 參數(shù)設(shè)定：Param=Rmeasure Start=100 ohm ;Stop=1kohm;point=100 Param=Rbranch; Start=500 ohm;Stop=1.5kohm,point=3教學(xué)中的運(yùn)用方式二 12 用于教師進(jìn)展電子電路等課程的教學(xué) 一種電子電路的畫圖工具。其模擬結(jié)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(xué)之用。 用于學(xué)生自主設(shè)計(jì)開發(fā)電路。學(xué)生在自行設(shè)計(jì)一些電路時(shí)，QUCS可以立刻反響設(shè)計(jì)電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，協(xié)助學(xué)生在最短時(shí)間內(nèi)判

8、別電路的正確與否。 教學(xué)中的運(yùn)用方式三 圖9 電源的整流濾波電路 圖10 不同的負(fù)載電阻整流后的輸出波形 SCILAB科學(xué)計(jì)算軟件科學(xué)計(jì)算軟件 下載。 Scilab內(nèi)含大量各類的數(shù)學(xué)函數(shù)、統(tǒng)計(jì)函數(shù)、線性代數(shù)處置、矩陣處置、多項(xiàng)式計(jì)算、積分微分、二十多類數(shù)學(xué)難題或方程式的求解。另外，它亦提供約70項(xiàng)信號處置的過濾、采樣及轉(zhuǎn)換等方法。它主要有三個(gè)功能：數(shù)值計(jì)算、計(jì)算結(jié)果可視化以及圖形化動態(tài)模型仿真。這三個(gè)功能在物理教學(xué)中有著廣泛的運(yùn)用 數(shù)值計(jì)算數(shù)值計(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果可視化計(jì)算結(jié)果可視化 利用Scilab計(jì)算表征干涉光強(qiáng)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(shí)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(gè)簡單運(yùn)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(jié)論結(jié)論 從近期各文獻(xiàn)關(guān)于信息技術(shù)在科學(xué)或物理教育上的研討和以上三個(gè)自在及開源軟件在物理教學(xué)中的運(yùn)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(yùn)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(xué)計(jì)算軟件，Matlab可實(shí)現(xiàn)的大多數(shù)功能Scilab都能實(shí)現(xiàn)。但Matlab非常龐大，對硬件的要求也較高，價(jià)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(shè)計(jì)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(xué)，用起來得心應(yīng)手，所以很容易在學(xué)生中得到推行。另外