物理实验中心网站建设中flash的应用文档格式.docx

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摘要：

将虚拟实验应用于大学物理教学中，可增加学生对实验的感性认识，帮助学生深入理解实验原理。

参考若干高校的有特色的虚拟物理实验系统，利用Flash软件精心设计了符合我校教学实际的大学物理虚拟实验系统。

虚拟实验系统的设计过程为：

确定设计思想、主体架构，搜集素材、设计动画、调试发布，最后将flash作品嵌入用Dreamweaver制作好的网页中。

本虚拟实验系统界面友好、交互性强、视听同步，给人耳目一新的感受。

h

关键词：

虚拟实验；

物理教学；

flash；

Dreamweaver；

网站建设

ApplicationofFlashinvirtualexperimentofuniversityphysics

Abstract:

Virtualexperimentisappliedtophysicsteachingattheuniversity.Itcanincreaseperceptualknowledgeoftheexperimentforthestudentsandhelpthestudentstounderstandtheprincipleofexperimentdeeply.Consultedmanyvirtualphysicalexperimentsystem,iuseFlashsoftwaretodesignthevirtualexperimentsystemthataccordswithourteachingreality.Thedesignproceduresareasfollows:

designingmajorstructures,collectingmaterial,designingcartoon,debugging,releasing,andinsertingflashintothewebpage.Thevirtualexperimentsystemhasmanycharacteristics,suchas,friendlyinterface,preferableinteractionandaudio-visualsynchronizationandsoon.Itcangiveviewerbringanewfeeling.

Keywords:

Virtualexperiment;

Physicsteaching;

Flash;

Dreamweaver;

Websiteconstruction

1引言

美国Virginia大学的WillianWolf教授在1989年首次提出了虚拟实验室的概念，其最初的想法是为了方便各个实验室的科研人员共同分享彼此的仪器、数据，并进行交流思想和远程合作[1]。

虚拟实验是指在虚拟实现技术的基础之上的实验过程。

学生通过在在虚拟实验的过程中得到虚拟场景中的亲身体验。

达到了认识和了解物理规律以及认识世界的目的。

在实验教学中推广虚拟大学物理实验具有重要意义：

通过制作简洁美观的界面以及逼真的实验元器件，可以创造性地开启一种全新的实验教学方式，打破实验空间、时间、仪器的限制，有效地提高大学物理实验教学的效果和质量。

目前，可以用于开发虚拟实验的工具有很多，其中，flash应用最为广泛，并形成了很多不错的成果。

近些年，很多高校运用flash工具，开发了自己的虚拟实验系统，并已投入使用。

2虚拟实验的概述

2.1虚拟实验发展历程

1966年，美国MIT的林肯实验室开始了头盔式显示器的研究，揭开了虚拟实验技术研究与应用的序幕[1]。

虚拟实验是一种多维的经历，这种经历全部或部分地由计算机引起，并且经历这种环境的人将其作为显示环境而接受。

人们把虚拟实现环境中进行的实验称之为虚拟实验——借助于虚拟技术所创建的实验环境进行研究分析的实验方法。

虚拟实验是依托“虚拟现实”的技术而产生和发展的一种实验模型。

虚拟实验再广义上似乎也是一种模拟实验，但他在实验的本体逼真性和应用普适性，以及在给予实验者现场实时感受和实验效果等方面，传统的模拟实验或仿真实验是根本无法比较的。

虚拟实验一般通过虚拟实验室而进行。

虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适用于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验环境、有关实验仪器设备，实验对象以及信息资源等，吭一声某一现实实验室的真实实现，也可以用是虚拟构想成的实验室。

虽然没模拟实验、仿真实验、虚拟实验三者的技术支持和实现手段各不相同，但其基本思想是相同的，即借助另一系统来研究相对复杂或抽象的实际系统。

综上所述，我们可以看出虚拟实验的发展大致经历了思维模型和逻辑分析阶段、模拟仿真阶段、和虚拟实现三个阶段。

①思维模型和逻辑分析阶段是以科学实验为基础，以逻辑推理为根据，在思想中塑造实验模型的实验方法。

②计算机仿真阶段是以系统数学模型为基础，在一定假设条件下用计算机对实验对象的数学模型进行的信息处理过程。

计算机仿真是分析评价现有系统运行状态或设计优化系统性能的一种技术手段，在航空航天、工程设计、生态环境等领域有着广泛的应用。

③虚拟实现阶段是以虚拟实现技术为基础，通过模拟人与周围真实环境交互方式而建立的观察界面进行试验的过程。

虚拟实现技术的多感知、交互性、自主性等特点，突出了实验的形象性和直观性。

2.2虚拟实验的研究现状

2.2.1国外虚拟实验的现状

国外对于虚拟实验的研究始于上世纪八十年代末，当时一些研究机构试图以计算机为工具，模拟一些复杂的系统的运作，并对其加以控制。

如麻省理工学院于1988开发并投入使用了Weblab在线实验，不仅本校的学生可以随时访问实验室进行实验，其他高校的学生也可以访问，学生只需点击设备菜单，可以选择合适的一起设备[2]。

另外，美国科罗拉多州大学物理教育技术中心设计了基于JAVA技术的仿真项目，这些项目设计力、热、声、光、电以及量子物理中的一些简单的物理实验以及物理现象，其中每一每一个项目都尽可能做“交互式”，“游戏式”[2]。

其主要的目的是激发学生学习的兴趣并帮助他们对物理概念以及物理原理的理解。

2.2.2国内虚拟实验的现状

上世纪九十年代初，国内一些高校开始致力于计算机虚拟实验的研究和开发，至今已取得了可喜的成绩。

目前最具权威的虚拟实验教学系统是中国科技大学天文与应该物理系开发的大学物理虚拟实验教学系统，这套系统是“九五”国家重点技术攻关项目，也是第一套实验教学软件，该成果在国内的一些高校得到广泛的使用。

这套系统的特点在于采用面向对象的技术建模，对仪器和器件实现模块化，用数值模型建立仪器原理、实验设计、操作的各种数学关系，用图像模型表现操作的真实感，并用时间驱动方式将它们编造出来，使得这套系统具有任意的操作性和真实的交互功能，实现可设计性和真实感。

通过对虚拟物理实验的学习，学生可以实验的物理思想和方法，仪器的结构及原理的理解，可达到实际实验难以达到的效果，实现培养动手能力，学习实验技能，深化物理知识的目的，同时增强了学生对物理实验的兴趣，大大地提高了物理实验的教学水平，是物理实验教学改革的有力工具。

随着高校教育信息化的发展以及物理实验教学的需要，许多高校都将虚拟实验引入了本校物理实验教学，使得物理实验教学在时间和空间上得到了延伸，极大地促进了实验教学改革的进程。

但是，从现阶段个高校开展情况来看，虚拟实验应用于大学物理实验教学还存在一些问题。

2.3虚拟实验研究的意义

通过前文对大学物理虚拟实验系统的研究和分析，虚拟实验应用于大学物理实验教学还存在很多问题，无论是从仿真实验软件设计方面，还是从应用方面都需要我们做进一步探讨。

在设计实现方面，首先给出大学物理虚拟实验的设计原理，并结合flash软件的实际特点，详细探讨了如何利用flash平台开发大学物理虚拟实验系统。

在应用方面列举了实际开发出来的案例，使读者能够举一反三，获得启迪，开发出更好的作品。

3虚拟实验的特点

3.1虚拟性

虚拟实验与实际实验的一个显著而本质的不同就在于其虚拟性。

正是由于虚拟性，才使得虚拟实验具备了实际实验所不具备的特殊优势，在很大程度上减少了实验设备与空间，节约资金，改善实验条件。

首先，虚拟实验中的设备、仪器和对象都不是实物，都是虚拟的，是对实物的模拟，拓展了实验对象的范围，以便获得在自然状态下难以获得的课题信息。

其次，从实验过程来看，虚拟实验不设计实际的物理、化学、生物等过程，它是建立在计算和逻辑推理基础上的，因而一些具有破坏性、损伤性的实验能在虚拟实验系统中得意运行。

3.2灵活性

虚拟实验系统在设计时采用的是“面向对象”的的概念，其优点主要是：

功能软件的模块化提高了资源的课重复利用率，具有良好的课扩充性，仪器可以由用户自己定义，使得组建系统变得更加灵活简单。

与此同时，在虚拟实验的过程中，学生能方便地改变事物的条件以观察所发生的变化，有利于学生获得丰富的感性知识，便于学生根据自己的假设分析实验数据。

在虚拟实验环节中并不一定需要一种理论或假设作指导，但却可能会为某一理论提出某些观点或意见，因为虚拟实验的灵活性使得学生能从实验过程中学习，不仅知道实验的结果，而且能体验知识的发现过程，激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣。

例如，验证单摆实验中周期与摆长、摆球质量和重力加速度的关系[3]。

在真实实验中，虽然可以改变摆长长度或调换摆球来改变质量，分析与推导周期与摆长的平方成正比、与摆球质量无关，但无法得到与重力加速度的平方根成反比的结论。

而利用虚拟实验可以很方便地进行相关地探讨，在交互控制方面，可以利用鼠标在有效的范围内既可改变摆长，又可改变摆球质量和重力加速度，每次实验可以利用鼠标拖动摆球在5°

范围内取某一值后，摆球开始摆动并进行数据记录。

在虚拟实验中，可以随时根据需要想停就停，想动就动，同时数据表格准确地记录下相应状态的数据，非常便于对某一时刻或某一位置状态，以及对多组数据进行对比、分析和研究。

3.3交互性和表现力强

较好的的交互性，虚拟实验不仅可以在内容的学习使用上提供良好的交互控制，而且可以运用适当的教学策略，指导学生学习，更好地体现出“因材施教的个别化教学”。

较强的表现力，用flash制作的虚拟实验系统不仅可以更加自然、流畅、逼真的表现出多姿多彩的视听世界，还可以对宏观和微观实物进行模拟，对对象、无形事物进行生动的，直观的表现，对复杂过程进行简化再现等。

这样，就是原本枯燥的教学活动充满了吸引力。

3.4操作便捷，主导性强

虚拟实验教学具有较高的艺术性，整体标准相对统一，操作简单、便捷，能在不同配置的机器上运行，是一个最基础的要求。

课件的制作上能够体现出物理实验的意义，把实验课中知识原理清楚归纳起来，把操作步骤动态演示出来，让学生能够及时掌握和理解。

物理实验的介绍调理清楚，主题明确，通熟易懂。

在物理虚拟实验中的按钮具有很强的交互性，可以随时控制界面的跳转，及时给予学生实验信息反馈，很好掌握学习主导权，增加学生学习物理实验的积极性。

3.5弥补物理实验设备的缺陷

总所周知，物理是一门以观察和实验为基础的学科。

学生的观察能力需要认真培养，而培养观察能力又只有从实验教学和实验演示中获取，因此丰富多彩、生动有趣的实验是物理教学的特点。

我们通过实验课不仅能让学生记起某些结论、实验步骤，而更重要的是利用flash多媒体技术能够使学生透彻理解并完全掌握产生实验结论的整个过程。

在一般的物理演示课堂上，由于常规仪器和学校条件的限制，实验效果不尽人意。

通过flash多媒体技术模拟实验的帮助，完成一些重要的，但在现实条件下又难以完成的一些物理实验，充分补充了常规实验仪器的不足，提高了物理实验的演示效果和课堂效率。

在传统物理实验，一方面由于怕发生意外和造成实验仪器的损坏，在许多实验规章制度，对学生诸多限制；

另一方面，由于实验环境和实验条件的限制，实验结果往往和物理理论不一致，甚至出现相反的数据这一切无不暴露了传统实验的弊端。

让学生在flash环境下进行虚拟实验操作，以自主模拟实验为基础进行多媒体教学，则可以解决这一难题。

3.6有效地激发学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，是推动学生学习的内在动力。

激发和培养学生的学习兴趣，就是要把课程标准对学生学习学科知识的要求，转化为学生求职的欲望。

flash制作的虚拟实验教学，可以缩小娱乐学习的强烈反差，激发学生产生想学的愿望。

就拿本次的作品——示波器来说，在实际的实验室，学生面对的是食物的示波器，其操作麻烦、枯燥，过程展示不明显、生动，不能全面展示教学想要大道的目的，很多学生做这个实验都只是为了完成任务，而不是真正地去了解它，深刻地掌握它。

但是利用虚拟实验系统演示示波器的操作过程，不仅可以让学生更好地观察、理解问题，还能激发学生的学习兴趣。

Flash制作的虚拟实验动画具有漂亮的界面以及有趣的动态演示，成功地吸引学生的注意力，有效地激发学生的学习兴趣。

4虚拟实验系统设计的基本过程

4.1开发工具flash8的概述

4.1.1flash的发展历史

Flash 

由macromedia公司推出的交互式矢量图和Web动画的标准。

网页设计者使用Flash创作出既漂亮又可改变尺寸的导航界面以及其他奇特的效果。

Flash最早期的版本称为Future 

Splash 

Animator，当时Future 

Animator最大的两个用户是微软和迪斯尼[4]。

1996年11月，Future 

Animator卖给了MM（M），同时改名为Flash1.0。

Macromedia公司在1997年6月推出了Flash2.0 

，1998年5月推出了Flash3.0。

但是这些早期版本的Flash所使用的都是Shockwave播放器[4]。

2000年8月Macromedia 

推出了Flash5.0，它所支持的播放器为Flash 

Player5。

5.0中的actionscript已有了长足的进步，并且开始了对XML和Smart 

Clip（智能影片剪辑）的支持。

Actionscript的语法已经开始定位为发展成为一种完整的面向对象的语言，并且遵循ECMAScript的标准，就像javascript那样[5]。

2002年3月Macromedia 

推出FlashMX支持的播放器为 

Player6[6]。

Flash6开始了对外部jpg和MP3调入的支持，同时也增加了更多的内建对象，提供了对HTML文本更精确的控制，并引如SetInterval 

超频帧的概念。

同时也改进了swf文件的压缩技术。

之后Macromedia又相继推出了Flash8，Flash9及现在的FlashCS3。

相信Flash的软件以后还会在不断的更新，使其更加完美。

4.1.2Flash的应用领域

Flash的应用十分广泛，主要应用在一下几方面。

Flash网络动画[7]。

Flash动画主要由简洁的矢量图组成，通过这些图形的变化和运动来产生动画效果。

他不需要把整个动画下载完才能播放，而是以流的形式进行播放。

而且flash对视频的支持很好，使其能在文件流量不大的情况下进行多媒体播放。

这些特点使得flash作品非常适合网络传输，flash当之无愧地成为网络动画的最重要的制作工具之一。

Flash网页广告。

Flash动画具有短小精悍，表现力强等适应网页广告的优点，这使得它在网页广告中得到广泛的应用。

用户在浏览某一网站的时候经常会看到一些动感时尚的广告。

使用flash建立动态网站。

作为“网页三剑客之一”的flash，同样具有独立建立动态网站的功能，网页制作也是flash的一个重要的应用领域，它所建立起来的网站比其他的网站更简练、更快捷、更具有个性。

Flash演示课件。

网络的迅速发展，使得原本枯燥的文本文档的演示也随之灵活起来，电子图书、教学光盘也随之进入市场。

一般情况下我们都是使用Powerpoint制作演示课件，但随着flash的不断完善，用flash制作的多媒体演示课件也越来越多。

使用flash制作MTV。

前面提到的flash对音频、视频的支持非常好，因此可以在flash中导入MP3等格式的歌曲。

根据这些歌曲来创作动画，其效果也是很不错的。

现在网络上的很多MTV都是用flash的制作的，入情入境的动画背景，惟妙惟肖的人物形象使得MTV充满了意想不到的视觉感受。

Flash交互游戏。

使用flash可以制作不同类型的休闲小游戏，游戏结合了flash动画的网络功能和actionscript的逻辑功能，通过鼠标和键盘来对动画的控制达到游戏交互的效果。

Flash电子贺卡。

在flash动画设计中，flash具有互动性强，文件体积小，表现形式多样等特点。

用户还可以制作漂亮的flash贺卡，以表达对朋友，亲人的关心和问候。

4.2Flash的发展趋势

Flash在电子商务领域的发展趋势。

一，主要表现在商业网站前台的页面设计上，即引导用户点击产品，扩大浏览者与网站的交互性。

二，主要表现在商业网站后台程序的设计上，即引导用户操作比较复杂的商业网站流程，变难为易。

加强与客户的沟通，增添商业网站的趣味。

Flash在网络广告领域的发展趋势。

今天，在网络迅速发展的21世纪，网络已经成为与电视、报纸并驾齐驱的三大传媒。

Flash具有独特优势，使其在这些媒体中逐渐占据主导地位，如日中天地向前发展。

Flash在音乐MTV领域的发展趋势。

利用flash制作MTV具有得天独厚的优势，例如传播媒介宽、播放速度快、制作费用低等优点。

这些的优势使得一些大的音乐制作公式越来越亲睐它。

Flash在IT产业领域的发展趋势[8]。

尽管IT产业是一个新兴产业，但flash对它渗透力已不小。

从手机铃声到电子游戏都有它的身影。

而且这些服务越来越多，越来越受欢迎。

Flash在网络电影领域的发展趋势。

Flash技术自从推广开始，其成本低的优点就广受电影制片公司的亲睐，在网络上利用flash制作的微型电影越来越多，形式也越来越广。

Flash的基本操作界面。

图1Flash8启动向导界面

图2Flash8工作界面

4.3设计思想方案

在制作动画之前首先要明白制作动画的目的，也就是说制作什么主题的动画，该动画所要呈现的效果以及通过什么样的形式表现出来。

本虚拟实验完整地表达了示波器及迈克尔干涉仪演示实验原理、内容的全过程，内容丰富多彩，视觉性交互性强，引导学生深入了解实验的原理，并激发学生学习物理及动手做物理实验的兴趣，具有很强的感染力。

本动画的制作成品是示波器和迈克尔干涉仪，通过flash动画的形式来展现示波器的基本知识、功能原理及模拟使用；

迈克尔干涉仪的光路演示、实验原理、干涉花样、退出部分。

4.4确定虚拟系统架构

这是虚拟实验制作的一个比较关键的环节，虚拟实验的主题确定之后就要确定虚拟实验的风格，即虚拟实验的构架。

本虚拟实验的构架如下。

图3示波器的主题架构

图4迈克尔干涉仪主体架构

4.5搜集素材

架构确定之后，接下来就要根据该架构有目的地搜集素材，这样不仅能节约时间和精力，而且能有效地缩短虚拟实验动画的周期。

本虚拟实验动画的的素材主要由：

MP3格式的音乐两首，制作示波器的一些图片。

4.6虚拟实验动画的制作

前期的的工作完成后，接下来就开始制作虚拟实验了。

要利用所搜集的材料来表现虚拟实验策划阶段所要实现的形式和确立虚拟实验动画的风格。

4.6.1迈克尔干涉仪的设计

图5迈克尔干涉仪的原理图

启动flash8软件，新建flash8空白文档，利用绘图工具绘制好以下矢量图形，“光源S”、“活动反射镜M1”、“固定反射镜M2”、“分束板G1”、“补偿板G2”、“观察镜E”，并创建以下按钮元件，“光路演示”、“实验原理”、“花样干涉”、“退出”。

并且把把他们命名后暂存入元件库中，以备需要之时即可调用。

新建flash8文档，选择【修改】—【文档】命令，打开flash8的【文档属性】对话框，在【标题】文本框中输入“迈克尔逊干涉仪”。

在【尺寸】文本框中输入文档的宽度为500像素，高度为140像素，背景颜色设置为蓝色。

把先前已绘制好的元件存放在【库】中的图形元件“光源S”、“活动反射镜M1”、“固定反射镜M2”、“分束板G1”、“补偿板G2”、“观察镜E”拖拽到“背景”图层第一帧所对应的舞台中。

设置文档背景为蓝色，设置场景大小为400*300像素。

把图形元件“光源S”对齐到舞台左边，图形元件“活动反射镜M1”对齐到舞台上部位置，图形元件“观察镜E”对齐到舞台下部位置，图形元件“固定反射镜M2”对齐到舞台右边，图形元件“分束板G1”对齐到舞台中央，图形元件“补偿板G2”对齐到“分束板G1”右边，且“光源S”、“分束板G1”、“分束板G2”、“固定反射镜M2”处于同一水平面上。

按下F5键在图层1第225帧的位置插入帧。

单击时间轴面板左下角的【插入图层】按钮，新建图层2。

创建动画补间文档以待后面调用。

重复

的过程，命令为图层3，待后面调用。

单击时间轴面板左下角的【插入图层】按钮，新建图层4。

将【库】面板中的按钮元件“光路演示”拖拽到图层2第一帧所对应的舞台中，并且选中场景中图形元件“光路演示”，打开【属性】面板中的【颜色】下拉列表，选择【高级】按钮，在弹出的对话框中进行相应的颜色设置。

按【F6】键在图层2的第5帧插入关键帧。

在图层2第1—5帧之间的任意位置单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择【创建补间动画】命令。

按下【F6】键继续在图层2的第5帧插入关键帧，并且把“光路演示”向右移动到相应位置。

在图层2第5—50帧之间任意位置点击鼠标右键，选择【创建补间动画】命令。

点击事件轴上面板上左下角的【插入图层】按钮，新建图层3。

按下【F6】键在图层3的第5帧插入关键帧，将【库】面板中的按钮元件“实验原理”拖拽到图层3第5帧所对应的位置。

按照

—

进行相应操作。

单击时间轴上面板左下角的【插入图层】按钮，新建图层4。

按下【F6】键在图层4的第5帧插入关键帧，将【库】中的按钮元件“花样干涉”拖入到图层4第5针对应的舞台中。

的步骤进行相应操作。

单击时间轴上面板左下角的【插入图层】按钮，新建图层5。

按下【F6】键在图层5的第5帧插入关键帧，将【库】中的按钮元件“退出”拖入到图层5第5针对应的舞台中。

单击时间轴上面板左下角的【插入图层】按钮，新建图层6。

并且在图层6的第3帧创建静态文本，并键入“迈克尔干涉仪”字样。

重复新建图层，并且在相应帧中创建静态文本，并且在创建好的文本框中键入相应文字说明。

打开图层2，按下【F6】键在图层2第10帧插入关键帧，操作

中已经创