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自由及开源软件在物理教育中应用的初步探讨 吴肖 廖文 杨友源 摘要 本论文不但介绍了自由及开源软件的起源和概念，还对它们在教育中应用的优势及局限性进行了探讨。此外，我们更对自由及开源软件如何在物理教育中发挥有效的应用进行了具体的举例说明。 自由及开源软件介绍 ﹡自由及开源软件(Free and Open source software)是一种提供用户使用的自由和公开源代码的软件，它允许任何人自由的运行、拷贝、扩散以及修改和完善 自由及开源软件的概念首先由美国麻省理工学院(M．IT)的理查德．斯托曼(Richard Stallman)于八十年代中后期提出，他认为自由及开源软件是全人类共同的财富，应该自由传播。此后，他成立了第一个自由及开源软件组织一一自由软件基金会(GNU)，并拟订了一份公用版权法律文本(通用公共许可证)，对自由及开源软件进行了界定。 自由及开源软件的杰出代表 ★Linux ★Netscape 提供他们的 Navigator浏览器的源代码，其后发展成为现今非常受欢迎的Mozilla(或Firefox)浏览器 ★ Sun公司 办公室套件 除了操作系统、浏览器及办公套件外，在数据库、中间件、开发环境、测试工具、电子商务平台、群件、教育软件等领域里都有大量成熟的自由及开源软件存在。 自由及开源软件在教育中应用的优势 ⑴节约有限的教育经费，缓解教育行业资金短缺 ⑵倡导合法、规范地使用软件的风气 ⑶自由及开源软件的运行更加稳定和安全，并对硬件的要求不高，可拯救部分被淘汰的旧计算机设备。 ⑷自由及开源软件可以培养人的创新精神，使教学资源发挥最大的收益。 尽管自由及开源软件有如此多的优势，但由于其发展还不够完善，存在着一些局限性，如需要对老师和学生的计算机能力的再培训，技术支持的缺乏，硬件驱动的无效，加之学校管理层对自由及开源软件缺乏认识以及来自专利软件的压力，使其应用受到了一些限制。 3 自由及开源软件在物理教育中的应用举例及讨论 Praat 声音分析软件 免费从http://www.fon.hum.uva.nl/praat/ 下载 录制声音，实现声音波形的图形化，能实现声音的声谱分析，音高分析，共振峰分析，音强分析等几乎所有的语音分析。 实验一 ⑴探究敲打力度与声音的响度、波形的振幅之间的关系，探究声音的音调与音叉频率之间的关系，精确的测量音叉的频率，探究声音的音色与波形的关系。 不同的音色，不同的波形 实验二 探究拍的波形，量度拍频。学生可以通过观察拍的波形，加深对波的叠加规律的理解。 实验三 观察共振波形，测试共振效果。选用两个频率相同的音叉a，b，敲打a音叉使其发声，随后握住a音叉使其停止振动，Praat采集的波形为 QUCS（Quite Universal Circuit Simulator)电路仿真软件 可在/index.html下载 直流模拟，交流模拟，散射参数模拟，谐波平衡分析模拟，噪声分析模拟等，完全可以满足物理学电子专业学生自主学习的需要。 教学中的应用方式一 ⑴作为学生预习或者复习电学实验一种工具。 普通物理实验——“惠斯登电桥” 参数设定：Param=Rmeasure Start=100 ohm ;Stop=1kohm;point=100 Param=Rbranch; Start=500 ohm;Stop=1.5kohm,point=3 教学中的应用方式二 ⑵用于老师进行电子电路等课程的教学 一种电子电路的画图工具。其模拟结果呈现物理规律。在QUCS的网站上有许多已经做好的例子，可供老师下载直接教学之用。 教学中的应用方式三 ⑶用于学生自主设计开发电路。学生在自行设计一些电路时，QUCS可以立即反馈设计电路的实验结果，帮助学生在最短时间内判断电路的正确与否。 SCILAB科学计算软件 下载。 Scilab内含大量各类的数学函数、统计函数、线性代数处理、矩阵处理、多项式计算、积分微分、二十多类数学难题或方程式的求解。另外，它亦提供约70项信号处理的过滤、采样及转换等方法。它主要有三个功能：数值计算、计算结果可视化以及图形化动态模型仿真。这三个功能在物理教学中有着广泛的应用 数值计算 扰动系数m=0 扰动系数m=0.17 扰动系数m=4.89 计算结果可视化 图形化动态模型仿真(Scicos) Scicos (SCILAB connected object simulator)是一种基于SCILAB平台的图形化动态模型仿真器，它可以直