MATLAB在制作物理多媒體課件中的應用

MATLAB在制作物理多媒體課件中的應用*

王芙蓉紀婷婷

(寧夏大學教育學院寧夏 銀川750021)

湯全武

(寧夏大學物理電氣信息學院寧夏 銀川750021)

*寧夏教育廳大學生創業計劃項目,項目編號：12CHY01

指導教師：湯全武(1965-)，男，副教授，碩士研究生導師，主要研究方向為教育資源的開發與應用、數字媒體應用.

摘 要：本文首先利用MATLAB制作出GUI的界面，然后將其轉換成.exe文件，可以將該.exe文件與其他教學軟件相結合，如Authorware，來彌補各自的缺陷，融合各自的優點，從而大大提高多媒體課件的質量，達到激發學生興趣、提高教學質量的目的.

關鍵詞：MATLABAuthorware物理教學

作者簡介：王芙蓉(1989-)，女，在讀碩士研究生，教育技術學專業.

收稿日期：(2014-12-05)

在當前教育信息化的大背景下，使用計算機輔助教學軟件來輔助教學已成為現代教育技術的重要組成部分.在初、高中物理的學習過程中，由于受教學條件的影響，每個物理規律都能用實物實驗演示是不可能的，且實驗數據處理復雜，若利用現代教育技術手段則可以使比較抽象的物理規律完美呈現.MathWorks公司推出的MATLAB軟件具有強大的數值分析、矩陣運算、圖形圖像處理、信號處理和仿真功能[1].使用MATLAB軟件強大的繪圖和運算功能，可以將很多抽象的物理實驗和物理概念表示出來.應用MATLAB可以讓學生體會到用計算機解決物理問題所帶來的方便和樂趣，激發學生的學習興趣[2].因此,為了加強學生對基本物理概念、方法及物理知識應用方面的理解，把學生從繁重的數學計算中解脫出來，將MATLAB引入到物理教學是一個很好的解決方法[3].

本文首先利用MATLAB制作出GUI的界面，然后將其轉換成.exe文件，可以將該.exe文件與其他教學軟件相結合，如Authorware，來彌補各自的缺陷，融合各自的優點，從而大大提高多媒體課件的質量，達到激發學生興趣，提高教學質量的目的.

1MATLAB的GUI程序設計與實現

MATLAB不僅提供了豐富的圖形命令和圖形函數，還具有強大的圖形用戶界面(GUI)功能.MATLAB GUI由窗口、菜單、按鈕等各種圖形對象組成，用戶通過鼠標動作或鍵盤操作選擇、激活這些圖形對象，使計算機產生某種動作或變化，如實現計算、繪圖等[4].MATLAB GUI界面的制作包括界面設計與程序實現，其過程需要反復修改才能獲得滿意的界面，一般制作步驟如下：

(1)分析界面所要實現的主要功能，確定設計任務；

(2)構思草圖，編排控件的布局，從使用者和功能實現的角度來審視草圖，并上機實現；

(3)設置各控件的屬性；

(4)編寫對象的相應程序，對實現的功能進行逐項檢查.

例如利用MATLAB GUI制作的“彈簧振子演示實驗”多媒體課件，為了增強課件的交互性，界面中設計了“動態演示”、“簡諧函數”按鈕，為了便于學生的學習和理解，界面中設計了“顏色”、“線性”、“線寬”等圖形方面的設置，為了研究簡諧函數中各參數如頻率、振幅、相位對簡諧運動波形的影響，界面中可直接輸入的參數有頻率、振幅、相位.點擊界面中的“動態演示”按鈕，其仿真結果如圖1所示，在界面上的編輯框中輸入適當的參數，其仿真結果如圖2所示.

圖1　彈簧振子的動態演示

圖2　簡諧振動的運動圖像

利用MATLAB模擬兩個點電荷的電場線分布，將其制作成多媒體課件，在界面中設計了“同種點電荷”、“異種點電荷”、“繪制電場線”等按鈕來增強課件的交互性.在界面中輸入兩個點電荷的電荷比，可以根據輸入的值來繪制相應的電場線.點擊界面中的“同種點電荷”按鈕，其仿真結果如圖3所示.點擊界面中的“異種點電荷”按鈕，其仿真結果如圖4所示.在界面上的編輯框中輸入適當的電荷比，如2，其仿真結果如圖5(a)所示，輸入的電荷比為1，其仿真結果如圖5(b)所示.

圖3　等量同種點電荷形成的電場線

圖4　等量異種點電荷形成的電場線

圖5　兩個點電荷的電場線繪制

楊氏雙縫干涉實驗是利用分波前法獲得相干光束的典型例子，利用MATLAB對其進行仿真實驗，將其制作成多媒體課件，界面中可直接輸入的參數有波長、光縫距離、光柵到屏幕距離，點擊界面中的“light”按鈕，其仿真結果如圖6所示.

圖6　雙縫干涉

利用MATLAB仿真穩恒電流的磁場分布，以電流環為例來說明，用MATLAB GUI將其制作成可交互的多媒體課件，為了研究電流環半徑和電流大小對電流環產生磁場分布的影響，界面中可直接輸入的參數有環半徑、環電流、環分段，在界面上的編輯框中輸入適當的參數值，其仿真結果如圖7所示.

圖7　穩恒電流磁場分布

2MATLAB/GUI轉換成exe文件

將MATLAB GUI文件轉換格式，轉換為.exe文件.步驟如下:首先在Command Window窗口中輸入deploytool命令，打開Deployment Tool界面；在Deployment Tool界面中點擊左側窗口左上角的Creat a new deployment project，出現新建工程窗口；輸入工程名稱和選擇好保存路徑，點擊“OK”,出現添加工程文件窗口；使用菜單欄中的Add File添加主函數和其他函數，添加完成后點擊Open project settings window進入工程設置窗口，在Packaging項中勾選Include MATLAB Component Runtime

(MCR)完成設置.

點擊Build the project，等待Deployment Tool Output窗口顯示編譯結果.若其窗口未出現錯誤提示，則可在Command Window窗口輸入mbuild-setup命令，按照提示進行操作即可完成m文件的編譯，具體操作如下：

Please choose your compiler for building standaloneMATLAB applications:

Would you like mbuild to locate installed compilers [y]/n? y

Select a compiler:

[1] Lcc-win32 C 2.4.1 in D:syslcc

[0] None

Compiler: 1

Please verify your choices:

Compiler: Lcc-win32 C 2.4.1

Location: D:syslcc

Are these correct [y]/n? y

Trying to update options file: C:Users

lenovoAppDataRoamingMathWorksMATLAB

R2008acompopts.bat From template: D:in

win32mbuildoptslcccompp.bat

Done…

打開工程生成目錄下的distrib文件夾，其.exe文件即是用MATLAB GUI制作的可獨立運行的文件.運行新生成的.exe文件時會出現黑屏的現象，黑屏出現之后，運行的結果才會顯示出來.對于這個問題我們可以通過使用添加代碼的方法屏蔽黑屏.

屏蔽MATLAB生成exe文件出現黑屏問題的方法：在MATLAB命令窗口輸入命令cd(prefdir)，點擊Enter鍵后換行，然后在窗口中輸入代碼edit compopts.bat，則在編輯窗口會打開compopts.bat文件，在該文件的最后添加以代碼set LINKFLAGS=%LINKFLAGS%-subsystem windows,保存后重新進行MATLAB/GUI程序文件的編譯，即可實現屏蔽MATLAB生成exe文件時出現的黑屏問題.

3MATLAB與Authorware結合形成多媒體課件

在Authorware編輯環境下，要調用MAT-LAB/GUI制作的.exe文件，有兩種方法可以實現.

第一種是通過菜單命令進行插入：首先從流程圖上拖入一個顯示圖標到流程線的調用文件處，雙擊該顯示圖標，在顯示圖標的編輯窗口中，執行“插入/OLE對象”，在彈出的對話框中，選擇“由文件創建”，點擊“瀏覽”按鈕，選擇要插入的.exe文件的位置，勾選“鏈接”復選框，完成后點擊“確定”按鈕，如圖8所示；選中插入的.exe文件后，執行菜單欄中的“編輯”命令，選擇“Linked包裝程序外殼對象OLE對象”，如圖9所示，選擇“屬性”，在“對象屬性”對話框中，設置觸發條件和觸發值，設置完成后勾選“打包為OLE對象”復選框即可.

圖8　插入對象

圖9　設置OLE對象屬性

圖10　調用函數的計算圖標

第二種方法是通過函數調用來完成，首先從流程圖上拖入一個計算圖標到流程線的調用文件處，打開該計算圖標，函數輸入“JumpOutReturn

("")”，如圖10所示，關閉該計算圖標，在彈出的對話框中選擇“是”即可，如圖11所示.

圖11　計算圖標保存對話框

4結論

MATLAB強大的繪圖功能與Authorware教學軟件相結合形成多媒體課件，將其引入到物理教學中，可以增加課件的交互性，有效地激發學生的學習興趣，豐富實驗教學內容，提高教學效率與教學質量，以此促進教師和學生對物理的學習.

參 考 文 獻

1張德豐.MATLAB simulink建模與仿真.北京:電子工業出版社，2009.1～5

2田濤，侯素霞，張清華.MATLAB的數值計算在大學物理教學中的應用.考試周刊，2010(33):190～191

3段秀芝，楊萍萍，趙炯.MATLAB軟件在大學物理教學中的應用.物理通報，2014(4):29～30

4蔡旭暉，劉衛國，蔡立燕.MATLAB基礎與應用教程.北京:人民郵電出版社，2009.163

5李斌，陳國杰，謝嘉寧,等.MATLAB在物理實驗CAI課件制作中的應用.大學物理實驗，2013，26(3):70～72

TheApplicationofMATLABinMultimediaCoursewareofPhysics

WangFurongJiTingting

(CollegeofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan,Ningxia750021)

TangQuanwu

(CollegeofPhysics,ElectricalEnineeringandInformation,NingxiaUniversity,Yinchuan,Ningxia750021)

Abstract：Under the background of education informatization, computer plays an important role in teaching. At first, this paper use MATLAB to make the GUI interface and then convert them into. exe file which we can use the. exe file to combine with other teaching software, such as Authorware, to supplement their respective defects and integrate their respective advantages. thus we can improve the quality of multimedia courseware greatly, stimulate students' interest and improve the quality of teaching.

Keywords：MATLAB;Authorware;physicsteaching