計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用論文(2)
計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用論文篇二
《計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件在物理模擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用》
摘要：本論文通過敘述用計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件制作物理模擬實(shí)驗(yàn)軟件的過程，展示了利用幾何畫板制作物理模擬實(shí)驗(yàn)的一些綜合技能。同時(shí)顯示了計(jì)算機(jī)模擬軟件方便的演示功能和強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能。
關(guān)鍵詞：物理模擬實(shí)驗(yàn);幾何畫板;一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng);掃描
計(jì)算機(jī)軟件模擬物理實(shí)驗(yàn)可以改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果。尤其是它的演示效果及強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能，大大地提高了物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，利用它來輔助教學(xué)，為物理課及物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式?！稁缀萎嫲濉纷龀龅恼n件很適合用于改進(jìn)物理難點(diǎn)的教學(xué)。它在由函數(shù)牽動(dòng)動(dòng)畫的功能上獨(dú)具一格，使做出來的物理課件既似模擬實(shí)驗(yàn)又可以量化地研究問題，源于實(shí)驗(yàn)而勝于實(shí)驗(yàn)。
由于《幾何畫板》課件在人機(jī)對(duì)話時(shí)只用鼠標(biāo)操作，而不需要掌握計(jì)算機(jī)專用術(shù)語和鍵盤操作，因此專心于物理知識(shí)而缺少計(jì)算機(jī)知識(shí)的師生也很容易操作。在使用《幾何畫板》輔助教學(xué)的課堂上，無論是學(xué)生還是來聽課的老師，都感覺不到是為顯示計(jì)算機(jī)而用計(jì)算機(jī)，而是在很容易理解的物理圖景面前，大家都沉浸在思考的氣氛之中。
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的理論認(rèn)為，由于教學(xué)過程不能缺少教師對(duì)學(xué)生的思想教育和情感作用，也就是教師的主導(dǎo)作用應(yīng)與學(xué)生的主體作用并舉。所以探討多媒體教學(xué)并不是要用計(jì)算機(jī)完全取代教師，而是要利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)越功能，改進(jìn)教學(xué)的模式，使教師和學(xué)生都能在課件平臺(tái)上發(fā)揮作用。《幾何畫板》做出來的物理課件就是能起到這樣的平臺(tái)作用。
如何用計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件《幾何畫板》制作物理模擬實(shí)驗(yàn)，本人在制作過程中用到了一些《幾何畫板》綜合技能，愿意與大家分享?，F(xiàn)舉例，展開電學(xué)實(shí)驗(yàn)中“一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)”的軟件制作過程。
(一)一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)簡介：
電路原理圖如圖一左上方：
(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
1、研究一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的基本規(guī)律極其特點(diǎn)，了解電路參數(shù)對(duì)相應(yīng)的影響。
2、學(xué)習(xí)示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的基本參數(shù)以及一階網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)的參數(shù)。
(2)儀器設(shè)備：
1、脈沖信號(hào)發(fā)生器一臺(tái);
2、雙蹤示波器一臺(tái);
3、動(dòng)態(tài)電路板一塊。
(二)一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)軟件演示界面及功能介紹：
打開實(shí)驗(yàn)演示軟件，界面如圖一：
界面左上方實(shí)驗(yàn)原理圖，右方是是示波器及測(cè)量過程中自動(dòng)繪出測(cè)量的伏安特性曲線。
雙擊電路原理圖的元件(如電壓U0或電阻電容C)可輸入新的參數(shù)。如：雙擊R出現(xiàn)對(duì)話框，輸入R為2000歐姆。如圖一中下方：
點(diǎn)擊掃描按鈕，在示波器屏幕中，新的伏安特性曲線實(shí)時(shí)畫出。如圖一右，在示波器上可對(duì)比R=1000歐姆及R=2000歐姆時(shí)，對(duì)應(yīng)的一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的曲線圖。同理，當(dāng)R=1000歐姆，可輸入電容的不同值，即：C=0.001微法，C=0.002微法時(shí)從示波器上看一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的輸出曲線比較。
通過對(duì)比可知：時(shí)間常數(shù)RC越小，衰減越快;時(shí)間常數(shù)RC越大，衰減越慢。由此我們可以看到，《幾何畫板》課件并不是簡單地模擬物理現(xiàn)象，而是可以通過連續(xù)改變某些參量，量化地探討問題的答案。
你還可以方便的改變電壓U0等參數(shù)的大小，繪出不同一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的輸出曲線。而在計(jì)算機(jī)軟件幾何畫板上，測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)非常方便、快捷。我們知道：一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ的幾何測(cè)量方法是：過起始點(diǎn)(0，U0)作一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的曲線的切線，與時(shí)間軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為時(shí)間常數(shù)τ。
用幾何畫板在示波器上作圖時(shí)非常方便的。我們知道，過曲線上一點(diǎn)的切線方程，用點(diǎn)斜式作，斜率為f‘(0)，過點(diǎn)(0，5)的直線方程就是我們所求的切線方程。做法如下：(1)對(duì)圖一界面中的f(x)函數(shù)表達(dá)式點(diǎn)擊右鍵，在快捷菜單中選擇導(dǎo)數(shù)，得f’(x)函數(shù)表達(dá)式;(2)點(diǎn)擊菜單：度量----計(jì)算---點(diǎn)擊f’(x)，取x=0,求得斜率：f’(0)=-2.5。再利用點(diǎn)斜式建立切線方程。即：點(diǎn)擊菜單：圖表----新建函數(shù)：輸入：-2.5*X+5。最后點(diǎn)擊菜單：圖表---繪制函數(shù),過點(diǎn)(0，5)的f(x)的切線方程繪制出來了。再選中切線與橫軸的交點(diǎn)(設(shè)A點(diǎn))，選擇菜單---度量---橫坐標(biāo)，A點(diǎn)的橫坐標(biāo)值XA便計(jì)算出，即τ的值。
若雙擊圖二中電路原理圖的元件(如電壓U0或電阻電容C)輸入新的參數(shù)則對(duì)應(yīng)的一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的函數(shù)方程、切線方程、曲線圖像及τ的值會(huì)做相應(yīng)的改變，分析起來非常方便。
《幾何畫板》課件可以按照物理公式來設(shè)定動(dòng)畫，所以演示的結(jié)果比真實(shí)實(shí)驗(yàn)還要準(zhǔn)確，因此教師無需以“誤差影響”來修飾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(三)一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示軟件制作主要過程簡介：
首先在幾何畫板軟件窗口的左上方畫出實(shí)驗(yàn)原理圖，在幾何畫板窗口右方粘貼上述實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備示波器圖片。建立含有上述原理圖中參數(shù)R、C、U0等參數(shù)的一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的輸出曲線函數(shù)。建立過程如下：
新建參數(shù)R=1000、C=0.001、U0=5(如圖一右上方)，在新建的參數(shù)表達(dá)式上點(diǎn)擊右鍵，選擇：屬性---值---無標(biāo)簽。將參數(shù)表達(dá)式分別拖動(dòng)到原理圖對(duì)應(yīng)位置(如圖一)。然后選擇參數(shù)表達(dá)式建立一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的輸出曲線函數(shù)。如圖一(右)：
因繪出的曲線位置在示波器屏幕上，故：先將坐標(biāo)原點(diǎn)移至示波器屏幕上適當(dāng)位置?？紤]U0、RC的變化范圍后，適當(dāng)調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸比例，再將示波器屏幕上的調(diào)節(jié)好的坐標(biāo)軸的單位及刻度圖片抓取(例如用SNAGIT等軟件抓去圖片)。再在粘貼到原位置，然后隱藏坐標(biāo)軸。
函數(shù)中的f(x)代表一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)的輸出電壓，x代表時(shí)間，先繪出一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖像，因?yàn)楹瘮?shù)圖像是在時(shí)間x>0時(shí)開始繪制。所以，在一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖像上建立電壓的最低測(cè)量點(diǎn)A和最高測(cè)量點(diǎn)B(U0)兩個(gè)固定點(diǎn)，在其中間建一沿曲線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)點(diǎn)u見圖二。
將U點(diǎn)移至B點(diǎn)，分別選中點(diǎn)U、A，點(diǎn)擊編輯菜單-----操作類按鈕-----移動(dòng)，標(biāo)簽設(shè)為：“掃描”，建立移動(dòng)點(diǎn)按鈕。再選中點(diǎn)u，點(diǎn)擊：顯示菜單---追蹤點(diǎn)，即可在示波器上繪出對(duì)應(yīng)一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖像。同樣分別選中點(diǎn)U、B點(diǎn)編輯菜單-----操作類按鈕-----移動(dòng)，建立移動(dòng)點(diǎn)按鈕，速度為“高速”。然后建立上述兩按鈕的系列按鈕標(biāo)簽為：“掃描”按鈕，這個(gè)系列按鈕執(zhí)行后，U點(diǎn)的軌跡不僅可跟蹤，執(zhí)行后U點(diǎn)可回到B點(diǎn)。在建立一系列按鈕，標(biāo)簽為：“清除掃描軌跡”。其屬性設(shè)置為：系列動(dòng)作―同時(shí)執(zhí)行;此按鈕可清除示波器上的軌跡。最后將A、B、U點(diǎn)及函數(shù)圖像隱藏。一階網(wǎng)絡(luò)的零輸入響應(yīng)電路實(shí)驗(yàn)的模擬演示軟件就編寫完成。
通過此例，可以學(xué)會(huì)巧妙利用幾何畫板軟件的一些功能，實(shí)現(xiàn)制作物理電學(xué)的模擬實(shí)驗(yàn)軟件。實(shí)驗(yàn)中示波器上的顯示屏掃描圖像隨電路參數(shù)的改變而實(shí)時(shí)改變。并且，實(shí)驗(yàn)原理圖中的所有參數(shù)都可以方便地改變(如：C，R)，實(shí)時(shí)得出對(duì)應(yīng)的電壓、電流顯示值、掃描曲線及數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
[1]高俊斌.MATLAB5.0語言與程序設(shè)計(jì)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版，1999.115.
[2]李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1993.
計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用論文相關(guān)文章：
1.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)論文
2.3000字計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)論文
3.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用論文
計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用論文(2)
