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基于MATLAB的中学物理试验仿真试验平台设计
摘要1
1前言3
1.1研究背景3
1.2研究现状3
1.2.1国外研究现状3
1.2.2国内研究现状4
1.3研究的目的及意义4
2理论基础与相关技术5
2.1理论基础5
2.1.1“经验之塔”理论及相关启示6
2.1.2中学生的思维品质特点6
2.1.3混合式学习模式及相关理论6
2.2相关技术6
2.2.1MATLAB简介6
2.2.2基于MATLABGUI的快速平台搭建技术6
3基于MATLAB的仿真平台应用实例7
3.1匀变速直线运动仿真7
3.2平抛运动仿真9
3.3光的双缝干涉试验仿真11
3.4普朗克定律仿真模拟12
3.5电子在磁场中的运动轨迹仿真13
4总结与展望15
4.1研究小结15
4.2论文的研究与展望16
参考文献17
附录18
摘要
学习的最好方法在于实践与理论相结合，充分调动学生的主观积极性，学生对于课本中的理论知识缺乏兴趣，而试验教学则可以充分调动学生的踊跃性。高中物理是一门理论性和实践性很强的学科，涉及大量数学理论知识，知识点多、概念抽象、公式庞杂是这门学科的主要特点。为了达到良好的教学效果，学校通常会设置实践课程来辅助理论教学。在大多数学校，物理试验体系落后，有些试验难以进行或者难以观测到有用现象，不利于学生快速、深入地理解所学内容,使其在学习过程中产生畏难情绪。因此,将物理教学变得更加简单直观是教育改革的主要内容之一。[1]
将模拟现实试验转移到可移动端，构建物理虚拟仿真系统——将计算机技术与传统试验结合，可以有效缓解物理试验教学的压力，解决试验材料不足、空间限制、设备老化引起的精确度不足，试验现象结果难以观测等多种客观问题，提高物理教学的质量。但就目前而言，大多数的物理模拟试验平台仍存有许多问题，包括系统化差、优化差等，因此如何构建一个优秀的物理仿真试验平台仍需要不断探索。
本设计以中学物理模拟现实试验平台为研究对象，以文献研究法、案例分析法等为研究方法，总结概括了物理模拟现实试验系统在国内外的研究现状，分析现有中学物理模拟仿真试验平台的优点与存在的问题，结合实际，使用MATLAB设计一个系统化的中学物理仿真试验平台。
本文设计的基于MATLABGUI的中学物理仿真试验平台以MATLAB为底层运算平台，利用其可靠的数值计算、画图功能和符号计算功能，通过对部分中学物理试验进行仿真，来说明该平台及附件的设计与实现过程,并且通过这些实例,证明了这种开发方式的可行性以及平台的可操作性。MATLABGUI具有上手快，软件周期短，矩阵运算能力强等优点，其还有利于编译成独立的.exe文件，用户不需要安装庞大内存的MATLAB软件就可以运行程序。
关键词：物理虚拟试验；虚拟仿真试验系统；MATLABGUI；交互
1前言
本章主要介绍了物理仿真试验平台的研究背景，探讨了中学生物理试验虚拟仿真平台在国内外的现状以及研究的思路与方法。物理模拟仿真试验平台的不断优化与发展从而进一步完善物理远程教习，具有较高的意义。
1.1研究背景
在高中课程中，物理试验占据重要地位，是培养高中生运用科学研究方法进行规范操作试验的必修课程[2]。灵活运用试验教学的方式，可以培养学生学习的踊跃性，帮助学习者养成良好的学习能力和实践能力以及严谨认真的科学精神。但随着国家教育改革的不断深入，传统的教学方式已越来越难以满足社会的需求，尤其是物理学这种理论性与实践性极强的学科，就目前而言在理论教学方面，许多教师对于信息化教学方式还仅仅停留在ppt教学或者借用一些FLASH软件来制作演示动画等方式，这种方式固然在图像处理上具有一定的优势，但是物理是一门偏向于计算的学科，需要一定的数据处理，这时候就应该借助一些数据处理软件来帮助教学，MATLAB这款软件就精通数据计算，符号计算以及建模仿真，于物理学这门学科的契合度还是相当高的。
而传统的试验教习则有着试验过程不可逆，试验资源稀缺，教习模式单一等诸多问题。学习者在学习物理试验知识的历程中，更多的是以死记理论知识，背诵试验的过程和试验结果，以考试得高分为主要目标而不是进修掌握知识，这种方式限制了学生独立思索的能力，学习者学习的踊跃性得不到有效的调动，想象力也难以发挥，这并不符合国家对于人才培养的要求，培养出来的学生也不一定能够以严谨认真的态度来面对将来在学术生活中所遇到的问题。
实践证明，选择适合的试验讲习方式，可以达到理想的教学成果。而信息技术的不断发展，为模拟仿真试验系统的出现奠定了基础，而模拟现实仿真试验室则成为了未来试验教学的方向与目标，与传统试验讲习相比，模拟现实仿真试验的要求更低，且拥有极高的资源共享性，能够节约大量的时间与人力物力，而且试验结果更直