基于flash在热学实验中的数据处理系统的开发_毕业设计论文.doc

目录 河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明3 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 .4 基于flash 的大学物理热学实验数据处理系统的开发7 0. 引言 7 1. 绪论 8 1.1 选题背景8 1.1.1 大学物理实验课程的重要性8 1.1.2 大学物理实验教学中存在的问题8 1.1.3 解决方法 .8 1.2 选题目的9 2相关技术简介 9 2.1 flash 技术简介.9 2.1.1 flash 生成的课件使用方便 9 2.1.2 有极强的交互性和表现力.10 2.1.3 操作便捷，主导性强.10 2.2 as 2.0 技术简介 10 2.3 动画技术简介.10 3需求分析 .11 3.1 系统功能需求分析 11 3.2 用户体验与交互分析.11 4系统的整体设计 .12 4.1 设计理念.12 4.1.1 系统设计应遵循的原则 12 4.2 系统模块整体设计 12 4.2.1 主界面.13 4.2.2 试验系统界面 14 4.3 实验预习系统 15 4.4 仿真试验系统 16 4.5 数据处理系统 16 5系统运行和调试 .17 5.1 系统的测试运行情况 18 5.2 系统有待改进方面 18 6结论与展望 .18 结束语： 18 参考文献： 19 致谢 20 附录 21 河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 21 河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表22 河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 23 河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 24 基基于于flash的的大大学学物物理理热热学学实实验验数数据据处处理理系系统统的的开开发发 摘要：摘要：目前，研究开发以计算机技术为基础的仿真物理实验课件并应用于大学物理实验课程的教 学已经成为大学物理实验教学改革的热点之一。仿真实验是基于物理学、教育技术学、软件开发 等相关学科，利用计算机创设一个可视化操作环境,模拟真实实验操作并进行相关知识与技能的学 习。在这种环境下，学生可以不受时空限制自主地进行大学物理实验的预习与复习，教师也可以 根据需要开展部分物理实验内容的教学，达到提高大学物理实验课程教学质量的目的。因此，开 发并设计 flash 大学物理仿真实验及数据处理系统有重要的现实意义。本设计结合 flash 课件小、 交互性较强、图文并茂、动作优美、声音处理灵活和网上运行方便等优势，针对大学物理实验在 各种条件限制下的学生预习难，教师教学难等诸多现实问题开发的一种集实验预习、模拟实验及 数据处理于一体的综合性仿真实验系统。 关键词：关键词：大学物理实验；flash；数据处理；仿真实验 abstract: at present, the research and development to courseware of physical experiment based on simulation and application of computer technology in teaching of college physical experiment course has become one of the hot spots of college physics experimental teaching reform. simulation is based on physics, educational technology, software development and other related disciplines, use computers to create a visual action environment, simulating real experiment and study of related knowledge and skills. in this environment, students could not limited by time previewing and reviewing of the autonomy of university physics experiment, teachers may also need to carry out part of the contents of physical experiment teaching, achieve the purpose of improving the quality of teaching of college physical experiment course. therefore, developing and designing flash simulation experiment of college physics and data-processing system have important practical significance. this design is combined with small flash courseware, interactivity is a strong and beautiful illustrated, action, sound, flexible and run online conveniently when the advantage, for college physics experiments under different conditions, restrictions student prep, teachers and many other practical problems in development of a set of test prep, simulation experiment of simulation experiment and data processing in one integrated system. key words: university physics experiment; flash; data processing; simulation and experiment 0. 引言引言 21 世纪是人类全面进入信息化社会的新世纪，以计算机技术、多媒体技术以及网 络技术为基础的现代信息技术已广泛应用于人类生活的各个领域，成为人们生存和发 展必不可少的需求，特别是在教育领域中，教育信息化已经成为当今教育改革和发展 的必然趋势。作为物理教育的重要组成部分物理实验教学，也不例外。 1. 绪论绪论 1.1 选题背景选题背景 随着我国经济实力的不断增强，不断地与国际接轨，人们越来关心用户体验， 由于其独特的跨平台优势、灵活的界面控制以及多媒体的使用，使得用 flash 制作 的应用程序具有很强的生命力。在与用户的交流方面具有其它任何方式都无可比拟 的优势，在教学中，flash 设计也逐渐的体现了其优越性，本设计主要应用 flash 技 术制作大学物理热学仿真及数据处理系统，以便学生更好的掌握知识。 1.1.1 大学物理实验课程的重要性 物理学是一门以实验为基础的自然科学。在物理学的发展过程中，实验是决定性 因素。发现新的物理现象、寻找物理规律以及验证物理定律等，都只能依靠实验。物 理实验的内容包括力、热、光、电等，涉及到科学技术研究的各个领域。目前，大学 物理实验课程是各高等理工科院校对大学生进行科学实验基本训练的必修课程，它是 大学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是后继实验课程的基础，在培养学 生使用实验手段去发现、观察、分析和研究问题，最终解决问题的能力方面起着至关 重要的作用。 1.1.2 大学物理实验教学中存在的问题 大学物理实验教学由实验预习、实验操作、实验报告三部分组成，但是在实际教 学过程中部分学生对大学物理基础实验课的认识有误。首先，预习没有认真对待，预 习效果不好，有的学生预习思考题答不上来，更有甚者根本不预习，预习报告抄袭别 人的，个别学生还不是课前抄好，而是等到实验室才开始预习；其次，上课时，一部 分同学就只是看着老师演示一遍，然后依样来一遍，把数据拼凑到，交差了事，并不 想对问题进行深思。由于没有认真进行实验预习，在操作过程中常常出现不正确的操 作方法，从而导致实验操作失败或者实验数据误差较大等结果；再次，由于目前大多 数高校的实验教学条件有限，有的实验不得不由两个或两个以上的学生为一组，有的 同学只是在一边看，然后抄了数据就完事，更有甚者数据都会抄错1；最后就是完成 实验报告，对于这一环节，不认真对待的学生就更多了，有的学生实验操作时已将数 据测得，但上交的实验报告却是别人的数据和处理结果。这样，物理实验教学就达不 到预期的教学效果，学生的实际动手操作能力和思考问题的能力也没有真正的得到提 高2。 1.1.3 解决方法 为了提高大学物理实验课程的教学质量，让学生在时间、空间和内容上有较大的 选择自由。并且实行分层次教学，为实验基础薄弱的学生开设预备性实验；为学有余 力的学生开设提高性、综合性实验，提供课外学习的条件，尽可能满足各层次学生学 习的需要，适应学生的个性发展。解决上述问题的一条捷径就是开展计算机辅助大学 物理实验教学工作。通过开发大学实验课程仿真系统并建立大学物理实验网络教学平 台，可以以很低的投入建立起不受时间和空间限制、不受仪器价格限制、不受实验教 学人员限制的仿真实验室，从而解决学生预习难、复习难，随时想进实验室难的问题。 通过开发仿真实验仪器还可以解决仪器更新速度慢，实验经费不足的问题。因此，开 展计算机辅助大学物理实验研究是目前条件下解决大学物理实验教学中存在的问题， 提高大学物理教学质量的一种行之有效的方法。 1.21.2 选题目的选题目的 传统的实验教学模式容易受到实验设备的限制，基本上的实验都是分组实验，学 生实际动手机会较少；学生实验的时间有限，学生动手能力不能得到很好的锻炼；大 部分的实验都是由教师操作演示，学生不能亲身体验，不容易产生感性的认识；在课 余时间，学生基本上没有动手做实验的机会。 通过 flash 软件把大学物理热学实验中实验预习、实验操作、数据处理有机地融 合为一体，对实验环境的模拟，让学生在实验之前就能够了解这个实验，并且体验实 验操作方法，在实际操作时就会少些错误，就有更多时间进行实验，在课余时间，如 果学生对实验有疑问，可以通过网络进入模拟实验室熟悉实验。仿真物理实验从很大 程度上可以增加实验的成功率并减少实验成本，同时加强了学生对实验的物理思想和 方法、仪器的结构及原理的理解，并加强对仪器功能和使用方法的训练，培养设计思 考能力和比较判断能力，可以达到实际实验难以实现的效果，实现了培养动手能力， 学习实验技能，深化物理知识的目的。 2 2相关技术简介相关技术简介 2.12.1 flashflash 技术简介技术简介 flash 是一种用于互联网的动画编程语言。它采用了网络流式媒体技术，突破了 网络带宽的限制，可以在网络上更快速地播放动画，实现动画交互；发挥个人的创造 性和想象力；提供更为精美的网页界面。 2.1.1 flash 生成的课件使用方便 这是 flash 的最大优点，flash 制作的课件完成后导出扩展名为“.swf，的文件， 既 flash 影片文件，这种文件在播放时非常方便，只需安装一个播放器就可以了。除 此之外，flash 作品还可以打包成可执行文件，可以在没有安装浏览器插件、没有安 装 flash 播放器的环境中运行。 2.1.2 有极强的交互性和表现力 1良好的交互性：课件不仅可以在内容的学习使用上提供良好的交互控制，而 且可以运用适当的教学策略，指导学生学习，更好地体现出“因材施教的个别化教学” 。 2丰富的表现力：flash 课件不仅可以更加自然、逼真地表现多姿多彩的视听世 界；还可以对宏观和微观事物进行模拟，对抽象、无形事物进行生动、直观的表现； 对复杂过程进行简化再现等等。这样，就使原本艰难的教学活动充满了魅力。 2.1.3 操作便捷，主导性强 flash 课件画面制作具有较高艺术性，整体标准相对统一，操作简便、快捷，能 在不同配置的机器上正常运行、是一个最基础的要求。课件的制作上能够体现物理实 验的意义，把实验课中的基础知识原理清楚地归纳起来，把操作步骤动态演示出来， 让学生能够及时掌握和理解。物理实验的介绍条理清晰，主题明确，通俗易懂。在物 理实验课件中的按钮具有很强的交互性，可以随时控制界面的跳转，及时给予学生实 验信息的反馈能够很好地掌握学习主导权。 2.22.2 asas 2.02.0 技术简介技术简介 action script 2.0 的变量类型会在编译时执行强制类型检测。它意味着当你在发 布或是编译你的影片时任何指定了类型的变量都会从众多的代码中剥离出来，检查是 否与你现有的代码存在矛盾冲突。如果在编译过程中没有发现冲突，那么你的 swf 将 会被创建，没有任何不可理解变量类型的代码将会运行。尽管这个功能对于 flash player 的回放来说没有什么好处，但对于 flash 创作人员来它是一个非常的好工具， 可以帮助调试更大更复杂的程序。在 action script 2.0 中的新的 class 类语法用来在 action script 2.0 中定义类。它类似于 java 语言中的定义。尽管 flash 仍不能超越它自 身的原型来提供真正的 class 类，但新的语法提供了一种非常熟悉的风格来帮助用户 从其它语言上迁移过来，提供了更多的方法来组织分离出来 as 文件和包6。 2.32.3 动画技术简介动画技术简介 flash 动画设计的三大基本功能是整个 flash 动画设计知识体系中最重要、也是 最基础的，包括：绘图和编辑图形、补间动画和遮罩。这是三个紧密相连的逻辑功能， 并且这三个功能自 flash 诞生以来就存在。 1. 绘图和编辑图形：绘图和编辑图形不但是创作 flash 动画的基本功，也是进 行多媒体创作的基本功。只有基本功扎实，才能在以后的学习和创作道路上一帆风顺。 使用 flash professional 8 绘图和编辑图形这是 flash 动画创作的三大基本功的第 一位。在绘图的过程中要学习怎样使用元件来组织图形元素，这也是 flash 动画的一 个巨大特点。 2. 补间动画：补间动画是整个 flash 动画设计的核心，也是 flash 动画的最大优 点，它有动画补间和形状补间两种形式。用户学习 flash 动画设计，最主要的就是学 习“补间动画”设计。在应用影片剪辑元件和图形元件创作动画时，要注意一些细微 的差别。 3. 遮罩：遮罩是 flash 动画创作中所不可缺少的这是 flash 动画设计三大基 本功能中重要的出彩点。使用遮罩配合补间动画，用户更可以创建更多丰富多彩的动 画效果：图像切换、火焰背景文字、管中窥豹等都是实用性很强的动画。并且，从这 些动画实例中，用户可以举一反三创建更多实用性更强的动画效果。遮罩的原理非常 简单，但其实现的方式多种多样，特别是和补间动画以及影片剪辑元件结合起来，可 以创建千变万化的形式，你应该对这些形式作个总结概括，从而使自己可以有的放矢， 从容创建各种形式的动画效果。 flash 动画的根本就是“遮罩+补间动画+逐帧动画”与元件（主要是影片剪辑） 的混合物，通过这些元素的不同组合，从而可以创建千变万化的效果。 3 3需求分析需求分析 3.13.1 系统功能需求系统功能需求分析分析 “基于 flash 大学物理热学仿真实验及数据处理系统的开发”这个课题研究的是 flash 大学物理实验课程的制作，通过 flash 动画的效果和交互性让学生更好的学习 物理知识。本设计一共分为八个实验： 实验一：金属线膨胀系数的测定 实验二：气体比热容比的测定 实验三：不良导体导热系数测定 实验四：混合量热法测冰的溶解热 实验五：体积与压强的关系 实验六：液体汽化热的测定 实验七：冷却法测金属比热容 实验八：盖吕萨克定律实验 3.23.2 用户体验与交互分析用户体验与交互分析 应用创新，就是以用户为中心，置身用户应用环境的变化，通过研发人员与用户 的互动挖掘需求，通过用户参与创意提出到技术研发与验证的全过程，发现用户的现 实与潜在需求，通过各种创新的技术与产品，推动科技创新。应用创新要求建立畅通 高效的创新服务体系，为技术与产品研发提供最贴近市场和用户需求的信息，推动应 用创新，并进一步提供技术进步的动力。同时，技术研发方通过以应用为核心，进行 技术集成创新，培养产品设计能力、研发能力，逐步向产业上游发展，推动产业的更 新换代，提升整个行业科技水平。用户体验贯穿在一切设计、创新过程，如用户参与 建筑设计和工作环境、生活环境的设计和改善，用户参与 it 产品设计和改善等。it 应用设计方面的用户体验主要是来自用户和人机界面的交互过程。 4系统的整体设计系统的整体设计 4.1 设计理念设计理念 “热学仿真实验及数据处理系统”的开发是针对高等学校受到人力、物力、财力 的限制，导致实验教学预习难、复习难和学生随时进入实验室难等诸多问题而提出的， 结合 flash 软件强大的交互性，设计并开发了适合学生提前预习、随时复习、以及实 验后的数据处理为一体的综合性系统。 4.1.1 系统设计应遵循的原则 根据实验要求，熟悉所要用到的实验仪器和用到的实验原理，知道实验的内容 和实验的测量方法以及对测量数据进行合理的处理，开发者在实施这几个方面时，应 遵照科学实验设计的一些原则，总结起来有如下三个原则4： 1简约性原则 本设计通过计算机屏幕和大屏幕投影实现的，学生接受信息的主要渠道是视觉 刺激。因此，本设计的画面和布局应提供给学习者一个轻松愉悦的学习氛围，界面简 约明了，应符合学生的视觉心理特点，画面的布局也应该突出重点。 2科学性原则 模拟实验原理要正确，要反映主要思想及方法，细节可以淡化。但必须尊重事实， 允许必要的夸张。显示的文字、符号公式及概念、规律的表述力求准确无误。 3艺术性原则 (1) 展示的对象结构对称，色彩柔和，搭配合理，有审美观。 (2) 与简约性原则不冲突的前提下，力求使对象更加逼真。 (3) 动画效果要连续流畅，无跳跃感。 4.2 系统模块整体设计系统模块整体设计 4.2.1 主界面 实验系统主界面的主要功能模块及其关系，如图 4.2-1 所示： 该目录提供了八个实验，点击每个实验都有该实验的相关说明及图片介绍，点击 相应实验按钮可以进入相应的实验进行学习，实验者还可以在本系统的任何界面点击 右上角的“退出系统”按钮关闭该系统，实验界面图如下： 图图 4.2-24.2-2 热学仿真实验及数据处理系统（主界面）热学仿真实验及数据处理系统（主界面） 热学仿真实验及数据处理系统（主界面） 首 页 实验一实验一 金属线膨胀系数的测定 实验三实验三 不良导体导热系数测定 实验五实验五 体积与压强的关系 实验六实验六 液体汽化热的测定 试验七试验七 冷却法测金属比热容 实验八实验八 盖吕萨克定律实验 实验四实验四 混合量热法测冰的溶解热 实验二实验二 气体比热容比的测定 系统简介 登陆 实验目录 图图 4.2-14.2-1 热学仿真实验及数据处理系统（主要功能模块）热学仿真实验及数据处理系统（主要功能模块） 退出系统 4.2.2 实验系统界面 点击“首页”选择实验，进入实验系统页面，根据大学物理实验教学的过程，我 们将实验系统分为实验预习、模拟实验和数据处理三部分。其中，实验预习部分又涵 盖了实验简介、实验目的、实验内容、实验步骤以及预习检测五部分。 图图 4.2-34.2-3 热学仿真实验及数据处理系统（试验系统界面主要功能模块）热学仿真实验及数据处理系统（试验系统界面主要功能模块） 图图 4.2-44.2-4 热学仿真实验及数据处理系统（试验系统界面）热学仿真实验及数据处理系统（试验系统界面） 试 验 系 统 界 面 实验预习 模拟实验 数据处理 实验简介 实验目的 实验内容 预习检测 实验步骤 4.3 实验预习系统实验预习系统 大学物理实验课程与理论课程不同，实验课程的特点是学生在教师的指导下自己 动手，独立完成实验任务。所以实验预习工作尤为重要，它决定着实验能否顺利进行 以及收获的大小。因此学生在实验前必须做好实验预习工作。本设计将实验预习系统 分为实验简介、实验目的、实验内容、实验步骤以及实验检测五部分，其中以实验检 测部分为核心，着重对实验原理、基本方法、实验仪器以及实验过程中的注意事项等 内容，以选择题的形式考查学生的预习情况，进一步让学生明确自己在该实验中哪一 部分知识是自己不太明白的，还有待于进一步提高。从而避免学生在实际操作实验过 程中的不正当操作。 图图 4.3-24.3-2 预习系统（实验简介）预习系统（实验简介）图图 4.3-34.3-3 预习系统（实验内容）预习系统（实验内容） 图图 4.3-14.3-1 预习系统（预习检测界面）预习系统（预习检测界面） 4.4 仿真试验系统仿真试验系统 在培养学生探索与创新开拓能力方面，实验研究技能的锻炼是课堂理论教学所不 可替代的。对数据处理方法理论的掌握与否直接关系到学生能否用科学的方法对实验 所获取的数据进行分析、总结，从而得出物理规律，以达到实验目的。 系统软件制作效果直接影响着实验效果，因此本设计结合了 flash 多媒体手段， 集动画、色彩、文字、图像于一体，实验再现，放慢实验，模拟物理实验的微观变化 过程，运用动态的图形再现物理情景，融情于图，提供一个生动形象直观的实验环境。 具有图文并茂、可操作性，使实验过程变得生动，易于理解和接受。还可加深学生队 物理规律的理解，运用 flash 生动的演示，使人们破除对一些抽象概念的迷惑。 4.5 数据处理系统数据处理系统 实验数据处理是实验教学中不可分割的一部分，是实验分析的主要手段，是以一 定的物理模型为基础，以一定的物理条件为根据的。常用到数据处理方法有作图法、 列表法、平均值法、最小二乘法等。在处理数据时可根据需要和方便，选择任何一种 图图 4.3-44.3-4 预习系统（预习检测）预习系统（预习检测） 图图 4.4-14.4-1 仿真实验系统仿真实验系统 方法表示实验的最后结果。物理实验需要测量大量的原始数据，用人工作数据处理是 相当烦琐和复杂的，且易于发生错误。发生错误之后，又很难判断是计算中的错误还 是测量中的错误。用运 flash 技术的强大功能可以快速、准确地进行各种运算，使学 生从繁重的工作中解放出来。有时候我们需要将数次实验的结果进行综合分析和比较， flash 可以使这项工作便捷和轻松，用一些尚不完全的数据或模拟的数据对实验的结 果进行预测，便于及早发现实验方法和实验设计的问题，避免走弯路。 本设计结合大学物理实验的数据处理方法，依据各实验的不同特点对实验数据处 理过程采用不同的处理方法，使学生在具体应用时，能够根据具体情况采用相应的数 据处理方法对实验数据进行分析。 5系统运行和调试系统运行和调试 5.1 系统的测试运行情况系统的测试运行情况 图图 4.5-14.5-1 数据处理系统（输入）数据处理系统（输入）图图 4.5-24.5-2 数据处理系统（运算）数据处理系统（运算） 图图 4.5-34.5-3 数据处理系统（结果）数据处理系统（结果） 图图 4.5-44.5-4 数据处理系统（图像）数据处理系统（图像） 任何一个系统的正确运行都是建立在多次测试基础上的，只有经过多次测试才可 以发现系统存在的不足或逻辑错误。本文的 flash 课件系统在不断的调试过程中也或 多或少地遇到一些问题，但最终被一一解决。 5.2 系统有待改进方面系统有待改进方面 虽然，经过几个多月的不断努力，基本搭建起一个功能较完备、符合实际运用情 况的 flash 热学仿真试验及数据处理系统，但是也存在着有待完善或改进的方面，主 要包括： 1界面的美化。 2用户的完全交互。 3元件的可重用和 flash 文件的大小。 4仿真实验的交互性不够强，有待于继续开发。 6结论与展望结论与展望 本设计充分利用了 flash 的图文、颜色及动态显示功能。对大学物理热学中的八 个传统实验进行了仿真模拟设计。当学生使用时就像面对一本活的书，它图文并茂， 使学习更具有吸引力，让学习者掌握主动权，本设计的每一步都是学习者经过思考后， 亲自操作而逐步完成的。学生根据自己的情况和需要，掌握学习进度的主动权，由浅 入深地主动学习