探討虛擬仿真實驗在學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)中的運用論文
摘要：
數(shù)學(xué)學(xué)是理工科類中學(xué)生選修的一門重要的基礎(chǔ)課程，而學(xué)院化學(xué)實驗是輔助學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)的重要手段之一。基于傳統(tǒng)化學(xué)實驗不易于搬入課堂這一缺點，討論了虛擬仿真實驗和傳統(tǒng)課堂結(jié)合的可能性。基于軟件作為開發(fā)平臺，可以在課堂上以虛擬仿真實驗為基礎(chǔ)介紹學(xué)院數(shù)學(xué)理論，致使無趣的理論知識形象直觀，可以迸發(fā)中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提升學(xué)院數(shù)學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：
學(xué)院數(shù)學(xué)；虛擬仿真；化學(xué)實驗；
數(shù)學(xué)學(xué)的基本理論滲透在自然科學(xué)各個領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的許多部門，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)[1]。化學(xué)學(xué)不僅僅是一門自然科學(xué)，也是一門實驗科學(xué)，這就要求數(shù)學(xué)學(xué)要以實驗為根據(jù)，同時也要接受實驗的檢驗[2]。化學(xué)實驗?zāi)芊裰庇^形象的展示化學(xué)現(xiàn)象和數(shù)學(xué)規(guī)律，是輔助教學(xué)的重要手段，對于學(xué)院數(shù)學(xué)的理論教學(xué)具有重要的意義。
然而傳統(tǒng)的化學(xué)實驗因為遭到實驗空間和實驗儀器設(shè)備等教學(xué)資源的限制，不適宜搬入到理論課堂中。隨著計算機網(wǎng)路技術(shù)的普及和發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)早已被廣泛應(yīng)用于各類實驗教學(xué)中[3]，如今各個院校的多媒體教學(xué)方法的普及，將虛擬仿真實驗引入到理論教學(xué)中，除了能迸發(fā)中學(xué)生的好奇心和求知欲，能夠提升中學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的能動性。
1虛擬仿真實驗概述
學(xué)院數(shù)學(xué)虛擬仿真實驗是選定了一個數(shù)學(xué)系統(tǒng)或則具象系統(tǒng)的一些特點，再使用另外一種方式來表現(xiàn)它們的特點的過程[4]。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，如今有好多的軟件可以實現(xiàn)虛擬仿真實驗的設(shè)計，比如軟件，可以實現(xiàn)好多光學(xué)現(xiàn)象等的虛擬仿真；LAB—VIEW軟件功能比較強悍，在虛擬儀器建立方面能力較強，主要被應(yīng)用在化學(xué)虛擬設(shè)備方面；或則采用FLASH技術(shù)或則3DMAX技術(shù)[5]，都具有較強的人機互動性能。非常是FLASH技術(shù)，可以采用IE的內(nèi)嵌技術(shù)促使FLASH發(fā)布的相關(guān)作品可以直接通過網(wǎng)路進(jìn)行播放，實現(xiàn)化學(xué)實驗的一些動漫設(shè)計。其中軟件功能最為強悍，它不僅僅可以拿來處理一些圖象，對于數(shù)據(jù)處理方面的`表現(xiàn)也十分好，是各大院校使用率較高的軟件之一，所以這兒以軟件為例，介紹學(xué)院化學(xué)中虛擬仿真做實驗的制做方式。
因為化學(xué)理論各個部份特征不同，所以在使用演示實驗配合學(xué)院化學(xué)教學(xué)過程中，也應(yīng)當(dāng)按照工具軟件的特性，制做出相應(yīng)的虛擬仿真實驗，保證仿真實驗?zāi)芊裨趯W(xué)院數(shù)學(xué)理論教學(xué)過程中能有較好的療效。
2制做仿真軟件
軟件是由德國MathWorks公司推出的一套具備高性能的數(shù)值估算和可視化軟件。因為可以將矩陣運算、圖形顯示、信號處理以及數(shù)值剖析集于一體，構(gòu)造出的用戶環(huán)境使用便捷、界面友好，因而遭到諸多科研工作者的歡迎[6]。
2。1衍射仿真實驗
以學(xué)院化學(xué)中波動光學(xué)的內(nèi)容為例，基于各類衍射現(xiàn)象的理論，利用惠更斯—菲涅爾原理，使用軟件，但是基于該軟件內(nèi)嵌的GUI技術(shù)，設(shè)計出的夫瑯禾費衍射仿真系統(tǒng)界面如圖1所示。在仿真系統(tǒng)中，中學(xué)生可以按照須要先選擇衍射類型，之后輸入合適的參數(shù)，最后點擊執(zhí)行仿真按鍵，即可查看須要的衍射結(jié)果。
比如在上圖中選擇矩孔衍射，輸入各個參數(shù)的具體數(shù)值，最后點擊執(zhí)行仿真按鍵，長度和寬度均為0。5mm的矩孔仿真結(jié)果。
2。2震動系統(tǒng)仿真實驗
若以學(xué)院化學(xué)中震動波動的內(nèi)容為例，基于各類情況下的多震動合成理論，使用同樣的方式，也可以設(shè)計出基于GUI的震動合成系統(tǒng)，設(shè)計好的震動合成系統(tǒng)界面。
用戶可以按照須要選擇待合成震動的數(shù)量和合成模式，再輸入分震動的各個參數(shù)，倘若輸入有誤，還可以通過點擊數(shù)據(jù)清空按鍵重新輸入，若無誤，可直接點擊合成按鍵。
若選擇合震動個數(shù)3個，模式為同方向，再分別輸入三路震動參數(shù)如圖3所示，最后點擊合成按鍵，合成結(jié)果如圖4所示。
3課堂上使用仿真實驗系統(tǒng)
使用各類軟件設(shè)計好了虛擬仿真實驗系統(tǒng)之后，借助各大院校早已建設(shè)好的多媒體教學(xué)設(shè)備，可以將設(shè)計好的各類仿真實驗系統(tǒng)移植到課堂教學(xué)的計算機中，由講授班主任在課堂中操作，并在講課的同時，演示給中學(xué)生，可以大大迸發(fā)中學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)積極性。中學(xué)生邊學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)理論知識，邊在仿真實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，使用學(xué)習(xí)到的理論去剖析該現(xiàn)象的形成緣由和形成過程，提升中學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和實踐動手能力。除此之外，還可以由中學(xué)生按自己的看法更改仿真實驗的一些數(shù)據(jù)，自行總結(jié)出條件改變過后，仿真實驗結(jié)果的改變規(guī)律。
也可以將虛擬仿真實驗系統(tǒng)通過在線教學(xué)的模式上傳至相應(yīng)的教學(xué)網(wǎng)站，由中學(xué)生在課前預(yù)習(xí)，或則課后備考的時侯自行操作。
4結(jié)語
化學(xué)學(xué)是一門實驗科學(xué)，學(xué)院數(shù)學(xué)的理論教學(xué)是離不開化學(xué)實驗教學(xué)的，所以化學(xué)的演示教學(xué)在課堂教學(xué)中也是必不可少的重要手段，通過課堂的演示實驗，可以使具體的數(shù)學(xué)理論形象化，沉悶的課堂氛圍活躍化。并且基于傳統(tǒng)化學(xué)實驗的一些局限性物理實驗虛擬仿真，使用虛擬仿真實驗取代傳統(tǒng)實驗是十分有效的一個手段。它既可以幫助學(xué)生理解和把握數(shù)學(xué)的理論知識，還可以增強中學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。
可以看出，使用軟件作為仿真平臺，基于GUI技術(shù)設(shè)計出的學(xué)院數(shù)學(xué)虛擬仿真實驗，可以在課堂上借助現(xiàn)代化多媒體教學(xué)技術(shù)，形象生動直觀的給中學(xué)生們展示出各類不同的化學(xué)現(xiàn)象，致使不具備技術(shù)的中學(xué)生也可以輕松把握，并可將理論和實際現(xiàn)象結(jié)合上去，迸發(fā)中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到加深理解的目的。
參考文獻(xiàn)
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