基于Maple软件的理论力学可视化教学探索

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1、万方数据．I．．S．．．．S．．．N．．．．．．．．1．．．0．．．0．．．2．．，．-．．．．．．4．．．9．．．5——6CNll一2034／T实验技术与管理ExperimentalTechnologyandManagement第29卷第1期2012年1月V01．29No．1Jan．2012基于Maple软件的理论力学可视化教学探索宋海珍1，张鸿军2，卢成1(1．南阳师范学院物理与电子工程学院，河南南阳473061；2．南阳师范学院师训中心，河南南阳473061)摘要：根据理论力学课程理论性强、抽象、难学的特点，提出

2、了利用Maple软件实现可视化的教学方法，并分别通过实例介绍了Maple在理论教学和实验教学中的应用。实验表明，Maple应用于理论力学教学不仅将抽象的计算结果形象化、可视化，还弥补了实验的不足，激发了学生的学习兴趣，为计算机辅助教学提供了一个较好的软件。关键词：可视化教学；Maple软件；理论力学；符号计算；图像绘制中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：1002—4956(2012)01—0093—03Explorationonvisualizationteachingoftheoreticalmechanic

3、sbasedonMapleprocedureSongHaizhenl。ZhangHongjun2，LuChen91(1．CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering，NanyangNormalUniversity，Nanyang473061，China；2．TrainingCenterofTeachers’Education，NanyangNormalUniversity，Nanyang473061，China)Abstract：Accordingtothecharacterist

4、icsoftheoryabstractionandapplicationcomplexityintheoreticalme—ehanics，thispaperputsforwardusingMapleproceduretorealizeteachingmethodofvisualization．Theappli—cationexamplesofMapleareintroducedbytakingclassandexperiment．ItisshownthatMapleprocedurecannotonlymakethe

5、coursemorevivid，butalsomakeuplaboratoryandmotivatestudents’interest．Mapleisaneffectivetoolincomputeraidedinstruction．Keywords：visualizationteaching；Maple；theoreticalmechanics；symbolcalculation；imagerendering理论力学是师范院校物理类专业必不可少的基础理论课程，主要是用牛顿力学、拉格朗日方程和哈密顿理论3种形式研究物体

6、的机械运动规律n吨]。它不仅是热力学与统计物理、电动力学和量子力学等后续课程的基础，而且能够培养理性思维能力和提升科学素质，因此该课程对物理类专业人才的培养至关重要。由于该课程理论性强、具有高度的抽象性和概括性，数学处理比较复杂，学生在学习中感到比较困难，如何将抽象的理论形象直观化且与实际应用很好地结合起来，一直是我们在教学中探索的问题。收稿日期：2011—04—19基金项目：国家自然科学基金资助项目(10947020)；2010年河南省理论力学精品课程项目资助}河南省基础与前沿计划项目资助(112300410112，

7、12300410124)作者简介：宋海珍(1963～)，女，河南南阳，教授，主要研究方向为分析力学及理论物理．E-mail：hzhsong@yahoo．conl．cn’Mapler3。53是一套高性能的数值计算和可视化软件，具有强大的符号、绘图功能，不仅可以简便地求解、计算烦琐的数学公式，还可形象地展示公式的物理图像，使其变得形象直观。我们在实验教学中引入Ma—ple软件，让学生通过编程实现物体运动规律的仿真，既加深了对物体运动的理解，又掌握了Maple编程技术，可以弥补实验教学的不足，取得了很好的教学效果[6-a2。

8、lMaple软件用于课堂教学突破教学中的难点是促进学生掌握知识的关键，对于那些难以用语言描述的物理过程、构件的运动，利用Maple的三维图形、图像和动画功能进行仿真演示，可以促进学生对知识的理解，提高逻辑思维能力[9]。例如，欧拉角的建立，陀螺的定点运动问题求解，行星锥轮的空间运动，傅科摆的运动轨迹等。傅科摆是无需依赖地球以外的任