学士学位论文--横波的形成与传播的vb演示课件设计.doc

山西师范大学本科毕业论文

横波的形成与传播的VB演示课件设计

姓 名

院 系
物理与信息工程学院
专 业
物理学
班 级
0701班
学 号
0752010116
指导教师

答辩日期

成 绩

16

论文题目：横波的形成与传播的VB演示课件设计

内容摘要
计算机辅助教学（CAI）是随着当代计算机科技发展而生成的教育教学技术，在当代已经是一门日趋成熟教育技术领域。本文是用计算机编程语言设计和制作教学课件的一个实例，通过Visual Basic 6.0平台设计和制作横波的形成与传播演示课件，以此展示计算机科学技术在辅助教学领域的优势，为中学物理实验演示教学提供一种科学的教学辅助手段。
【关键词】计算机辅助教学 演示课件 VB课件 横波的形成与传播

Title: VB Demo Courseware Design for Formation and Spread of Transversal Wave

Abstract
Along with the development of teaching skills generated by the modern computer technology, Computer Aided Instruction (CAI) has becoming more and more mature within its field. In this essay, the author intends to show the advantages in the area of aided instruction with the help of Visual Basic 6.0 and the courseware that demonstrating the formation and spread of transversal wave, to provide a scientific subsidiary way for demo teaching of physical experiment in middle school.
【Key Words】Computer aided instruction Demo courseware VB courseware Formation and Spread of Transversal Wave

目录
摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ
一、引言.……………………………………………………………………………………1
二、关于机械波的形成与传播课题 ……………………………………………1
（一）机械波的形成与传播教学概述 …………………………………………………1
（二）演示课件设计原理及构思 ………………………………………………………2
三、Visual Basic语言制作演示课件的优势………………………………2
（一）易用性………………………………………………………………………………2
（二）窗体和图标为创作基础…………………………………………………………2
（三）以时间为基础事件控制……………………………………………………………3
（四）以页为操作基础…………………………………………………………………3
四、演示课件的visual basic 6.0的设计过程…………………………3
（一）窗体中控件和窗体设置………………………………………………………………3
（二）Shape数组以余弦波运行的代码实现………………………………………………4
（三）控制按钮的运行代码…………………………………………………………………5
（四）横波传播过程中的振幅、波长、频率的控制………………………………………6
五、总结…………………………………………………………………………………………………8
附录一、演示课件Visual Basic6.0源代码 ……………………………10
附录二、课件效果截图………………………………………………………………………13
参考文献 ………………………………………………………………………………15
致谢 ………………………………………………………………………………………16

横波的形成与传播的VB演示课件设计

学生：宋邦稳 指导老师:冀玉领
一、引言
教育是一种培养人的活动[1]，传统自然科学的教学中，是以单纯的知识传授和技能教给进行教学实施。2003年国家教育部针对新课改颁布《普通高中物理课程标准（实验稿）》，将中学物理课程的教学理念进行了这样的界定：“重视学生全面发展，注重科学探究中的教育效能，重视情感态度与价值观的培养”等，且明确提出高中阶段的物理教学目标中实验教学的地位：“掌握实验基本技能”[2]。通常定义下的物理实验，是在有目，有组织，有计划地通过实验器材，在实验人员的操作控制下对相关物理现象的再现，用以进行观察与研究的实践活动。实验教学在教学中所承担的效用表现为，“激发学生的学习兴趣和求知欲；为学生创设一个生动形象的物理学习情境；培养学生科学实验能力，通过实验教学学生能够掌握一定的科学方法；利于培养学生的科学态度和科学精神”[2]因此，在教学实施中，实验教学有着重要的地位，实验教学一方面对学生的培养作用，另一方面是辅助于知识与技能教学。
图2-1
在上世纪五六十年代，美国提出了计算机辅助教学的概念（Computer Aided Instruction ，简称CAI)[11]，到上世纪八九十年代，计算机多媒体的出现，其图像、文字、图形、声音等的处理能力，CAI实施产生了革命性的变化，CAI成了教育教学发展的一种必然趋势。CAI的核心是CAI教学课件编制与使用，教学课件是根据一定的教学需求用一定的计算机工具软件或计算机汇编语言编制成的用以辅助教学的课堂到媒体演示。演示课件在教育教学目前是一个成熟的CAI实施系统，得到了广泛的应用于实际教学中，本文中我们将以横波的形成与传播的演示课件为例，以VB6.0软件为设计平台，详细的呈现出横波的形成于传播课题演示课件的设计思路和编制过程，为高中物理课程中机械波的形成与传播教学实施进行教学辅助，为CAI提供一个实际可行的教学案例。
二、关于机械波的形成与传播课题
（一）机械波的形成与传播教学概述
关于机械波的教学内容是高中物理教材3-4板块的教学内容，在人民教育出版社的教材中是通过这样的实验演示进行实验教学的：
“取一根比较长的细软绳，用手握住绳子一端拉平，然后向上抖动一次，就能够看到绳子上出现一个凸起部分，这个凸起部分向绳子另一端传去。向下抖动一次绳子，也能够看到细绳上形成一个凹下去部分，凹下的部分也向绳子的另一端传去。连续的上、下抖动细绳，就能够看到一列波传播。”[3]
如图2-1所示实验演示，从实验所用器材和实验内容来说，该演示实验使用具有器材简单，实验内容明了，操作简洁方便，贴近学生实际生活等一系列的优点。但是，通过对实验的观察，学生要理解与掌握机械波形成与传播的实质是比较困难的，教材是通过将细绳看作很多小段所组成的，每一小段可以看作一个质点，质点于质点之间互相作用，当绳子的一端上下振动时，绳端带动邻近质点振动，该质点又带动邻近的质点，如此传递而形成了波的传播。显然这样的实验及教学方式针对学生而言是比较抽象的。我们对实验现象不能完全控制，不能让波形停留在某一个传播瞬间，以便实验的研究。于是，为了更好的辅助教学，我们需要其它的辅助演示。传统的教学方法是通过图片演示，由教师的板画演示，或者其它的图片演示。这样的演示方式却不具动态效果，教学实施同样比较困难。如果在教学中使用演示课件，就可以取得很好的教学效果。
（二）演示课件设计原理及构思
根据CAI原理，我们知道一个好的的演示课件的编译与设计，需要以尽可能发挥计算机辅助教学的作用为前提，以实际的教学规律和实验演示内容，构建能够反映实验本质的教学模型，工具软件的使用应以简捷实用为目的，不应刻意追求演示课件界面的华丽在编程过程中花费较多精力，力求编制设计的演示课件具有时效性和科学性。
基于前文说陈述的教学原理，绳上波的传播是以绳子为基准的无数个质点振动。我们在演示课件中采用单个图形控件即Shape控件[5]代替一个质点模型，使其在窗体上的移动代替质点的振动，在汇编过程中，运用相关语句如For循环语句和If语句和相关控件，以实现演示课件中质点的起振和波的振幅，周期，波长的改变，Shape控件的移动遵从的规律是正弦或者余弦函数，是单个质点的简谐振动 [4]，本文中我们只对单一课题横波形成与传播进行演示课件设计，以此辅助与机械波的形成与传播的实际教学。
三、Visual Basic语言制作演示课件的优势
与其它计算机编程及课件制作软件一样，VB语言也是一种计算机汇编语言，实现模拟实际实验。所实现的模拟内容可以是实验的过程，也可以是实验的理想模型或者是实验中的某个特定环节，比如在机械波的形成与传播中，我们选取横波的形成与传播多为单独的环节进行课件模拟演示。使用VB语言应用于模拟演示课件的制作，较其它的编程工具软件和专业课件制作软件具有如下的这些优势：
（一）易用性
V B的优势在于它容易使用，经验丰富的VB程序员和知之甚少的新手都能用自己的方式进行操作。此外VB程序可以对数据库进行连接。如在演示课件制作中，我们可以通过控件程序汇编，省去代码的实现，对初学者很方便。
VB语言有其专业的一方面，但其语言是在传统的计算机汇编语言C和C++的基础上建立起来的，有一定C语言和C++基础的人，使用VB是很容易的，如在横波的形成与传播的演示模拟课件中，我们所使用的If语句和For循环语句，与C语言中语句具有相同的形式。
（二）窗体[5]和图标为创作基础
Visual Basic制作课件时，我们可以根据自己的需求，窗体中建立一定的图标，以图标的事件实现我们课件的演示需求，如在横波的形成与传播演示课件中，我们通过Shape课件的属性和相关设置，通过编程代码实现其在窗体上的运动，用以实现横波的传播和形成演示的目的。
（三）以时间为基础事件控制
Visual Basic制作课件的基础是以时间为控制基础的，事件和数据是以时间为基准运行的，在横波的形成与传播演示课件中，我们通过定时器Timer控件[5]实现控件及数据的事件发生。这样的实现控制方式，便于函数及变量的定义与使用，
（四）以页为操作基础
图4-1
VB工具软件的操作平台基础是窗体，以窗体页面作为基础操作平台，以页面的形式进行组织。同时在PPT页面上进行课件编码，直接将演示课件使用VB语言编码到课件中，在多媒体使用中更加便捷，实用。
四、演示课件的visual basic6.0的设计过程
（一）、窗体中控件和窗体设置
⒈ 如图4-1所示，建立窗体，使用shape控件建立shape1（1）—shape1（60）六十个控件组成的控件数组，设置其背景颜色为其属性如表4-1所示：
⒉ 建立按钮控件[7]四个控件Command1 Command2 Command3 Command4,设置其Caption属性依次为：开始、结束、暂停、继续，Top属性8300，Height属性：740，Left属性依次为：1450、4450、7450、10450，Font属性：宋体

表4-1 窗体设置属性

属性
设置
属性
设置
名称
Shape1
Height
200
BackColor
红色
Index
1-60(从1开始依次每个shape增加1)
BackStyle
1-Opaque
Left
700(从shape1（1）—60依次每个加200)
BorderColor
红色
Shape
3-Cirlce
BorderStyle
0-Transparent
Top
4920
BorderWidth
1
Visible
True
DrawMode
13-Copy Pen
Width
610
FillColor
红色

图4-3
图4-2
使用Line控件绘制图示中的横纵坐标轴，建两个TextBox控件[8]，在其中分别输入x和y,用以标注横纵坐标，如图4-2所示：
⒊ 建立Timer控件设置其初始属性设置如图4-3，
（二）Shape1数组以余弦波运行的代码实现
⒈ 变量和数组[5]的定义通过以下代码实现
Public m, i, y, a
Dim h(60)
⒉ 横波运行实现及其原理
横波的运行中是以每个质点的简谐振动带动下一个质点的振动实现的，在本课件演示中，实现横波运行的原理是通过赋值[9]Shape控件的Top属性实现的，将每一个时刻的变量值赋值给每一个Shape控件,利用For语句If和If……Else的条件语句[9]和Timer控件，实现横波的运行。
Private Sub Form_Load()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 15 * 3.14159 * k)
Next k
Timer1.Enabled = False
End Sub

Private Sub Timer1_Timer()
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub
（三）控制按钮的运行代码
在整个课件演示中，我们要通过按钮控件实现操控波形的运行过程，上文介绍了的四个按钮：开始、暂停就、继续、结束，通过按钮过程，确定Timer的Enabled属性是True或者False。
⒈“开始”按钮的运行代码和原理
Private Sub Command1_Click()
Timer1.Enabled = Tru
Timer1_Timer
For k = 1 To 60
Shape1(k).Top = 4920
Next k
m = 1
i = 1
y = 1500
a = 30
End Sub
实现“开始”按钮点击的过程中，Shape开始振动，每一次鼠标点击“开始”按钮时，Shape1数组的Top属性都回归到4920这个起始坐标，然后再运行。
⒉“结束”按钮的运行代码和原理
Private Sub Command2_Click()
Timer1.Enabled = False
For k = 1 To 60
Shape1(k).Top = 4920
Next k
End Sub
当鼠标点击“结束”按钮时，Timer停止运行，Shape1的Top属性都回归到4920
⒊“暂停”和“继续”按钮的运行代码和原理
Private Sub Command3_Click()
Timer1.Enabled = False
End Sub
Private Sub Command4_Click()
Timer1.Enabled = True
End Sub
当鼠标点击“暂停”按钮时，Timer的Enabled属性变为False,即，Timer不运行，此时，Shape1数组处于什么位置，其依然是处在什么位置，“继续”的运行按钮运行原理与此相反，即在当前状态运行暂停前的状态。
（四）横波传播过程中的振幅、波长、频率的控制
图4-2
图4-1
在处理控制横波的频率、波长、振幅的问题时，我们采用菜单编辑器[8]生成菜单控制，如图4-1和图4-2所示，为菜单编辑器和生成后的菜单。
⒈振幅大小控制的代码实现
在前文中所陈述的，通过对Shape1数组的Top属性进行变量赋值：Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920，初始运行时，我们给予y的赋值是1500，通过菜单中的每一个子菜单，我们给予y不同的值，实现每一个Shape控件的偏离平衡位置4920点的最大位移，以此实现整个横波传播过程中振幅的改变，其实现代码如下：
P rivate Sub menuzfd_Click()
y = 2000
End Sub

Private Sub menuzfz_Click()
y = 1000
End Sub

Private Sub menuzfx_Click()
y = 500
End Sub
⒉周期长短控制的代码实现
对于周期的改变，就单个的Shape控件而言，是改变其一次全振动的时间，只需要对Timer的Interval属性，即Timer控制事件的时间间隔，初始时的时间间隔是150毫秒，当运行周期菜单下的任何一子菜单事件时，给Timer的Interval属性不同的赋值，以此实现不同的周期变化，运行代码如下：
Private Sub menuzqc_Click()
Timer1.Interval = 100
End Sub

Private Sub menuzqz_Click()
Timer1.Interval = 50
End Sub

Private Sub meunzqd_Click()
Timer1.Interval = 25
End Sub
⒊波长长短控制的代码实现
要实现波长的控制，只需要在每运行一次Timer事件的过程中，改变每一个Shape控件的移动步调。Shape1（1）控件的步调慢了下来，但是Shape1（2）落后其起始运行的时间，在该事件中是不发生改变的，因此，在Shape1（1）完成第一周期的震动时，处于第一个运行周期中的Shape控件的总的数目发生了改变，在总体呈现出来的，就是波长的改变，其代码实现如下：
Private Sub menubcc_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 30 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub

Private Sub menubcz_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 15 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub

Private Sub menubcd_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 10 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub
这样，整个演示课件的就设计完成，但是还需要对其进行其他方面的设计，比如，窗体背景，窗体大小等一系列的细节雕琢。使其在审美方面，主要是教学过程中能够更好的发挥教学辅助作用，比如，Shape控件和背景颜色的对比度问题。另外，我们在设计过程中加了很多条垂直于X轴的竖虚线，目的是用于某一个Shape的振动情况的参考，让学生更容易的理解横波的形成与传播的实质，以此实现本课件的教学功能。
五、总结
CAI实施,随着计算机科学技术的发展，将日趋完善。对于中学物理的演示实验教学实施而言，CAI目的应该是通过计算机演练演示实验课件，使学生在教学中掌握相应的物理原理、学会一定的物理科学的方法和巩固已学习的物理知识。从确保教学计划、教学实施和教学评价的科学性来看，合理地实施教学活动和安排教学内容非常重要。因此，对一个优秀的实验教学演示效果的物理学科演示课件而言，立足于学生学习，立足于教学实情和教学需求以及立足于课程标准是课件设计所必须考虑的。
使用VB语言制作物理学科教学演示课件，不仅是因为其语言与编程环境的优势，立足于高中物理学科教学来说，VB工具软件更重要的优势在于：不论是简单还是复杂的实际物理过程，希望通过VB课件实现的，只需要我们熟悉这个物理过程的内在原理，比如，碰撞，抛体，光的反射折射等，就可以通过一定的数学函数的基础上，和运用一系列的控件和代码就可以实现这些物理过程的实验演示。本课件的制作中由于本人的熟练程度和个人能力的限制，在课件中有许多的欠缺，仍然需要不断的完善和学习。

附录一、演示课件Visual Basic6.0源代码
Public m, i, y, a
Dim h(60)

Private Sub Form_Load()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 15 * 3.14159 * k)
Next k
Timer1.Enabled = False
End Sub

Private Sub Timer1_Timer()
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub

Private Sub Command1_Click()
Timer1.Enabled = True
Timer1_Timer
For k = 1 To 60
Shape1(k).Top = 4920
Next k
m = 1
i = 1
y = 1500
a = 30
End Sub

Private Sub Command2_Click()
Timer1.Enabled = False
For k = 1 To 60
Shape1(k).Top = 4920
Next k
End Sub

Private Sub Command3_Click()
Timer1.Enabled = False
End Sub

Private Sub Command4_Click()
Timer1.Enabled = True
End Sub

Private Sub menuzfd_Click()
y = 2000
End Sub

Private Sub menuzfz_Click()
y = 1000
End Sub
Private Sub menuzfx_Click()
y = 500
End Sub

Private Sub menuzqc_Click()
Timer1.Interval = 100
End Sub
Private Sub menuzqz_Click()
Timer1.Interval = 50
End Sub
Private Sub meunzqd_Click()
Timer1.Interval = 25
End Sub
Private Sub menubcc_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 30 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub

Private Sub menubcz_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 15 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub
Private Sub menubcd_Click()
For k = 1 To 60
h(k) = -Sin(1 / 10 * 3.14159 * k)
Next k
t = 0
For j = 0 To (i - 1)
t = j + m
If t > 60 Then
t = t Mod 60
End If
Shape1(i - j).Top = y * h(t) + 4920
Next j
If i < 60 Then
i = i + 1
Else
m = (m Mod 60) + 1
End If
End Sub

附录二，课件效果截图
效果图一

效果图二

效果图三

参考文献
[1]李忠康 主编，教育学，山西教育出版社，2009年1月
[2]阎金铎 郭玉英 主编，中学物理教学概论，高等教育出版社，2009年12月，
[3]物理课程教材研发中心 课程教材研究所 主编，物理（选修3-4），人民教育出版社，2007年4月
[4]漆安慎，杜婵英，力学，高等教育出版社，2005年6月，
[5]刘炳文，Visual Basic程序设计（第三版），清华大学出版社，2006年8月，
[6]白康生，Visual Basic程序设计，清华大学出版社，2006年9月，
[7]郜焕平 马希荣，Visual Basic6.0程序设计，机械工业出版社，2003年1月
[8]贺世娟 陈冀川，Visual Basic 6.0程序设计，中国水利水电出版社，2002年8月
[9]胡小江，21天学通Visual Basic，电子工业出版社，2009年1月，
[10]刘炳文，Visual Basic程序设计（基础篇），人民邮电出版社，1998年
[11]孙汉群 高荣国 魏玉梅，多媒体计算机辅助教学与课件制作，河南大学出版社，2008年2月

致谢
四年大学生涯就要告一段落了，在写毕业论文的时候，回顾了我四年来的生活大学生活，有感于老师们的关怀和包容，在这里我要感谢我的论文指导老师冀玉领老师的耐心指导和帮助，对于四年的大学生活，我要感谢我的辅导员张老师的关怀和庇护，感谢四年里教过我的各位老师，感谢在论文制作中帮过我的各位老师和同学。