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混沌动力学辅助教学软件的研制

陈光平  
【摘要】: “既要强调基础又要渗透前沿”是当今物理教学改革的重要目标之一。将非线性物理的基本概念、基本方法引入大学物理教学是顺应这一改革趋势,体现物理教学内容现代化的重要举措。混沌理论、分形理论与孤立波理论一起构成了非线性物理的三大主体理论,目前已有不少学校尝试将的混沌理论的基本特征、基本规律和研究方法引入大学物理教学,并取得了丰富经验。同时,计算机辅助教学是一种新型的现代化教学方式,也是当今世界教育技术发展的新趋向。计算机辅助教学具有图文声像并茂的特点,可以化抽象为形象,大大激发学生学习兴趣;而且计算机的强大计算功能为人们解决非线性问题的提供了有力工具。基于以上两点,可以看出将计算机技术用于辅助混沌动力学的教学必将大大提高其教学效率,取得事半功倍的效果。 本研究根据混沌动力学的学科特点和现代计算机技术的优势,研制出一套混沌动力学的辅助教学软件。此软件以MATLAB为开发工具,集非线性方程数值运算、可视化制图和友好的人机交互界面于一体,具有操作简便、可视化程度高、演示可控性强等特点。本文主要介绍软件选取内容、制作思路、制作过程和软件功能等。全文共分五部分,第一部分为绪论,介绍本研究的选题背景、文献综述和研究目的与意义。第二部分介绍软件研制的理论基础、设计思想,设计原则、和开发工具。第三部分为本论文的主体内容,主要介绍软件设计内容、设计过程以及各级模块内容的实现。第四部分为软件的功能和使用说明介绍。第五部分为结束语,主要介绍本软件制作过程中优缺点和问题展望。 本研究的创新点:利用MATLAB编写了上百个关于混沌动力学模型的计算机程序,并将它们以GUI图形界面工具有机衔接起来,实现了内容丰富而不零乱;对运算程序的最优化编写,实现了运算量庞大而不迟钝;友好的人机交互界面,实现了简约而不简单;灵活的模块衔接接口,实现了集成性高而不死板;希望对混沌动力学辅助教学软件的设计思想、设计原则和制作过程的介绍能够给从事相关内容教学的教研人员以借鉴作用。


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