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[!--downpath--]摘要：本論文通過(guò)表述用計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件制做數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)軟件的過(guò)程，展示了借助幾何畫(huà)板制做數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的一些綜合技能。同時(shí)顯示了計(jì)算機(jī)模擬軟件便捷的演示功能和強(qiáng)悍的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)；幾何畫(huà)板；一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)；掃描
計(jì)算機(jī)軟件模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)療效。尤其是它的演示療效及強(qiáng)悍的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能，大大地提升了化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)療效，借助它來(lái)輔助教學(xué)，為數(shù)學(xué)課及化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式。《幾何畫(huà)板》做出的講義很適宜用于改進(jìn)數(shù)學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)。它在由函數(shù)牽動(dòng)動(dòng)畫(huà)的功能上頗具一格，使做下來(lái)的化學(xué)講義既似模擬實(shí)驗(yàn)又可以量化地研究問(wèn)題，始于實(shí)驗(yàn)而勝過(guò)實(shí)驗(yàn)。
因?yàn)椤稁缀萎?huà)板》課件在人機(jī)對(duì)話時(shí)只用鍵盤(pán)操作，而不須要把握計(jì)算機(jī)專用術(shù)語(yǔ)和鼠標(biāo)操作，因而專心于數(shù)學(xué)知識(shí)而缺乏計(jì)算機(jī)知識(shí)的師生也很容易操作。在使用《幾何畫(huà)板》輔助教學(xué)的課堂上，無(wú)論是中學(xué)生還是來(lái)聽(tīng)課的老師，都覺(jué)得不到是為顯示計(jì)算機(jī)而用計(jì)算機(jī)，而是在很容易理解的化學(xué)圖景面前，你們都沉溺在思索的氛圍之中。
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的理論覺(jué)得，因?yàn)榻虒W(xué)過(guò)程不能缺乏班主任對(duì)中學(xué)生的思想教育和情感作用，也就是班主任的主導(dǎo)作用應(yīng)與中學(xué)生的主體作用并舉。所以剖析多媒體教學(xué)并不是要用計(jì)算機(jī)完全替代班主任，而是要借助計(jì)算機(jī)的優(yōu)越功能，改進(jìn)教學(xué)的模式，使班主任和中學(xué)生都能在教案平臺(tái)上發(fā)揮作用。《幾何畫(huà)板》做下來(lái)的化學(xué)講義就是能起到這樣的平臺(tái)作用。
怎樣用計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件《幾何畫(huà)板》制作化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，本人在制做過(guò)程中用到了一些《幾何畫(huà)板》綜合技能，樂(lè)意與你們分享。現(xiàn)舉例，展開(kāi)熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中“一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)”的軟件制做過(guò)程。
(一)一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：
電路原理圖如圖一左上方：
(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?span style="display:none">L4O物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
1、研究一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的基本規(guī)律十分特性，了解電路參數(shù)對(duì)相應(yīng)的影響。
2、學(xué)習(xí)示波器檢測(cè)脈沖訊號(hào)的基本參數(shù)以及一階網(wǎng)路響應(yīng)的參數(shù)。
(2)儀器設(shè)備：
1、脈沖訊號(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)路的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)軟件演示界面及功能介紹：
打開(kāi)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，右方是是示波器及檢測(cè)過(guò)程中手動(dòng)繪出檢測(cè)的伏安特點(diǎn)曲線。
雙擊電路原理圖的器件(如電流U0或內(nèi)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。如圖三中下方：
點(diǎn)擊掃描按鍵實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理中的應(yīng)用，在示波器屏幕中，新的伏安特點(diǎn)曲線實(shí)時(shí)畫(huà)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)路的零輸入響應(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)路的零輸入響應(yīng)的輸出曲線比較。
通過(guò)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。由此我們可以看見(jiàn)，《幾何畫(huà)板》課件并不是簡(jiǎn)單地模擬化學(xué)現(xiàn)象，而是可以通過(guò)連續(xù)改變個(gè)別熱阻，量化地闡述問(wèn)題的答案。
你還可以便捷的改變電流U0等參數(shù)的大小，繪出不同一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的輸出曲線。而在計(jì)算機(jī)軟件幾何畫(huà)板上，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)十分便捷、快捷。我們曉得：一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ的幾何檢測(cè)方式是：過(guò)起始點(diǎn)(0，U0)作一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的曲線的切線，與時(shí)間軸交點(diǎn)的橫座標(biāo)即為時(shí)間常數(shù)τ。
用幾何畫(huà)板在示波器上畫(huà)圖時(shí)十分便捷的。我們曉得，過(guò)曲線上一點(diǎn)的切線多項(xiàng)式，用點(diǎn)斜式作，斜率為f‘(0)，過(guò)點(diǎn)(0，5)的直線等式就是我們所求的切線多項(xiàng)式。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，在快捷菜單中選擇行列式，得f’(x)函數(shù)表達(dá)式；(2)點(diǎn)擊菜單：測(cè)度----估算---點(diǎn)擊f’(x)，取x=0,求得斜率：f’(0)=-2.5。再借助點(diǎn)斜式構(gòu)建切線多項(xiàng)式。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---勾畫(huà)函數(shù),過(guò)點(diǎn)(0，5)的f(x)的切線多項(xiàng)式勾畫(huà)下來(lái)了。再選中切線與縱軸的交點(diǎn)(設(shè)A點(diǎn))，選擇菜單---測(cè)度---橫座標(biāo)，A點(diǎn)的橫座標(biāo)值XA便估算出，即τ的值。
若雙擊圖一中電路原理圖的器件(如電流U0或內(nèi)阻電容C)輸入新的參數(shù)則對(duì)應(yīng)的一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的函數(shù)多項(xiàng)式、切線多項(xiàng)式、曲線圖象及τ的值會(huì)做相應(yīng)的改變，剖析上去十分便捷。
《幾何畫(huà)板》課件可以根據(jù)化學(xué)公式來(lái)設(shè)定動(dòng)漫，所以演示的結(jié)果比真實(shí)實(shí)驗(yàn)還要確切，因而班主任無(wú)需以“誤差影響”來(lái)修飾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(三)一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示軟件制做主要過(guò)程簡(jiǎn)介：
首先在幾何畫(huà)板軟件窗口的左上方畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理中的應(yīng)用，在幾何畫(huà)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。構(gòu)建富含上述原理圖中參數(shù)R、C、U0等參數(shù)的一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的輸出曲線函數(shù)。構(gòu)建過(guò)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(wú)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)。之后選擇參數(shù)表達(dá)式構(gòu)建一階網(wǎng)路的零輸入響應(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：先將座標(biāo)原點(diǎn)移至示波器屏幕上適當(dāng)位置。考慮U0、RC的變化范圍后，適當(dāng)調(diào)節(jié)座標(biāo)軸比列，再將示波器屏幕上的調(diào)節(jié)好的座標(biāo)軸的單位及刻度圖片抓取(比如用等軟件抓去圖片)。再在粘貼到原位置，之后隱藏座標(biāo)軸。
函數(shù)中的f(x)代表一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)的輸出電流，x代表時(shí)間，先繪出一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖象，由于函數(shù)圖象是在時(shí)間x>0時(shí)開(kāi)始勾畫(huà)。所以，在一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖象上構(gòu)建電流的最低檢測(cè)點(diǎn)A和最高檢測(cè)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(jiàn)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-----操作類按鍵-----聯(lián)通，標(biāo)簽設(shè)為：“掃描”，構(gòu)建聯(lián)通點(diǎn)按鍵。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)路的零輸入響應(yīng)函數(shù)圖象。同樣分別選中點(diǎn)U、B點(diǎn)編輯菜單-----操作類按鍵-----聯(lián)通，構(gòu)建聯(lián)通點(diǎn)按鍵，速率為“高速”。之后完善上述兩按鍵的系列按鍵標(biāo)簽為：“掃描”按鈕，這個(gè)系列按鍵執(zhí)行后，U點(diǎn)的軌跡除了可跟蹤，執(zhí)行后U點(diǎn)可回到B點(diǎn)。在構(gòu)建一系列按鍵，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；此按鍵可消除示波器上的軌跡。最后將A、B、U點(diǎn)及函數(shù)圖象隱藏。一階網(wǎng)路的零輸入響應(yīng)電路實(shí)驗(yàn)的模擬演示軟件就編撰完成。
通過(guò)此例，可以學(xué)會(huì)巧妙借助幾何畫(huà)板軟件的一些功能，實(shí)現(xiàn)制做化學(xué)熱學(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象隨電路參數(shù)的改變而實(shí)時(shí)改變。而且，實(shí)驗(yàn)原理圖中的所有參數(shù)都可以便捷地改變(如：C，R)，實(shí)時(shí)得出對(duì)應(yīng)的電流、電流顯示值、掃描曲線及數(shù)據(jù)剖析結(jié)果。
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