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1、第17卷增刊2广西工学院学报Vol.17Sup22006年12月JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.2006文章编号1004-6410(2006)S2-0044-02计算机仿真技术在物理教学实践中的应用112牟丽,杨敏,王志萍(1.广东警官学院计算机系,广州510232;2.山东交通学院,山东济南250023)摘要:介绍了计算机仿真实验的开发原理,开发了枪弹弹道及射击子弹飞行运动学的计算机仿真实验软件,并对其在公安院校物理实验课程中的应用进行了探索,
2、取得较好的教学效果。关键词:物理实验;计算机仿真;教学实践0前言科技进步对教育提出越来越高的要求,特别是对人才的创新思维和实践能力的培养是一种趋向个性化的教学,需要比普通公共教育占用更多的教学资源,公共教育本身也要进一步提高教学质量和教学效益,这些矛盾只能通过发展教育技术、创新教育手段、合理配置教学资源来解决。随着计算机技术的发展及其应用[1～3]的广泛,计算机仿真实验在教学中逐步受到重视。在我国大学物理仿真实验自1996年第一套DOS版本[1]实验教学软件问世以来,计算机虚拟及仿真实验得到全世界
3、的注意和重视。全国很多高校开始开发或引进物理仿真实验软件并应用到教学实践中,丰富了教学手段,弥补了传统实验的不足。[2]目前大学物理仿真实验的内容主要根据传统实验的内容来编制,其特点主要是使用照片反映传统实验仪器和设备,定性地反映实验操作步骤,而对实验过程中的数值计算能力较差,不能很好定量反映实验过程中出现的数值问题。现根据大学物理的教学实践,结合公安教育特点,开发了一套大学物理虚拟仿真实验软件,实现了枪弹弹道运动学仿真实验和射击运动学仿真实验,并应用到教学实践中。本软件采用目前最优秀的软件开发平
4、台VC.NET来开发,实现了动画仿真及精确的数值计算。1仿真实验系统原理针对真实系统建立模型,然后在模型上进行试验,用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法称为系统仿真。系统仿真可把系统动态过程的瞬间状态记录下来,可供用户进行系统性能分析与统计。早期的系统仿真技术主要应用于军事、建筑等场合,如军事训练的沙盘。其模型多为系统的物理模型。随着计算机技术的发展与应用,人们有可能对复杂的系统建立其数学模型,并运用计算机进行模型运行及实验。本物理实验是基于数学模型的计算机仿真实验。整个系统的流程如图1所示
5、。在弹道实验中,设置了三个相关参数:枪管与水平方向夹角、图1系统流程收稿日期:2006-11-30作者简介:牟丽(1979-),女(土家族),湖北利川人,广东警官学院计算机系教师,硕士。增刊2牟丽等:计算机仿真技术在物理教学实践中的应用45枪口子弹速度和枪座海拔高度。参数设置界面如图2所示。在射击实验中,设置了四个相关参数:枪口仰角、枪口与靶位的距离、枪口子弹速度和靶位刻度间距。如图3所示。图4为实验软件的框架界面,主要分为三个部分。界面上部为菜单区域,其中间黑色区域为视图显示区,它是弹道及射击仿
6、真的图形及动画显示区域。界面的下方为数据显示区,主要显示仿真设置的参数及仿真过程中的计算结果。2实现技术图2弹道参数设置在仿真实验软件实现中,有以下两个值得注意的问题。2.1坐标表示子弹在空中飞行的轨迹区域比较大,而计算机的屏幕是有限的,要形象地表现弹道轨迹,就需要合理地转换坐标,把子弹在空中飞行的轨迹反映到计算机的屏幕上。子弹在空中飞行的空间坐标称为建模坐标系,或称物理坐标系。计算机图像输出设备的显示坐标按照有无屏幕分别称为屏幕坐标系和设备坐标系。在建模坐标系中表示任何浮点或整数尺寸非常方便,不
7、受特定输出设备的约束。而在屏幕坐标系或设备坐标系中往往只图3射击参数设置能表达整数尺寸。从物理坐标系转换到屏幕坐标系时,必须将物理坐标位置变换为规范化的屏幕坐标,其范围从0到1.2.2动画实现动画实现了子弹在空中飞行的动态过程,可以通过改变动画仿真的时钟频率来改变动画中子弹飞行的显示速度。在射击实验的动画中引入了游戏原理,当射击的子弹击中靶位,系统就会计算子弹击中的位置实时给出射击报告。模拟靶位上的刻度可以根据实际的射击靶上的刻度来设置参数,而且靶上的刻度在屏幕上的间距是根据枪口与靶位距离远近动态
8、显示的,形象地表现了实际人眼的观察效果。本设计的靶位刻度为5个,分别表示6～10环,如图5所示。图6为射击示意图,中心水平方向的实线为x轴,左边粗短线表示枪管,右边矩形条为靶图4软件框架界面目标,其上分隔的横短线为环数刻度,屏幕中射击线路上的实线为射击瞄准线,点划线为弹道轨迹线,中心的对话框为射击成绩报告。(下转第49页)增刊2王秦:工业设计教学中的绿色设计49向实际应用,面临着前所未有的机遇和挑战,绿色设计包含较高的科技含量,所以在教学中引入绿色设计,要求学生不仅仅掌握造型技能,
