Algodoo 和 python 在高中物理中的应用

Algodoo 和 python 在高中物理中的应
用
摘要
随着智能化教育的飞速发展，Python技术越来越在学生中普及，当前物理虚
拟仿真实验发展，解决了当前物理实验的部分困难，适应中学生物理实验变化。

关键词：Python 物理虚拟仿真
传统教学是由一位教师、一支粉笔、一块黑板所构成，往往在突出教学重点、突破教学难点上花费大量的时间和精力。

即使如此，学生仍然感触不深，
易产生疲劳感甚至厌烦情绪。

突出重点、突破难点的有效方法是变革教学手段。

由于多媒体展示形象具体，动静结合，声色兼备，所以恰当地加以运用，可以
变抽象为具体，调动学生各种感官协同作用，解决教师难以讲清、学生难以听
懂的内容，从而有效地实现精讲、突出重点、突破难点，取得传统教学方法无
法比拟的教学效果。

物理课堂教学中，有时需要板书大量的内容，例如一些定理、定律的内容、使用条件，介绍一些定义和一些物理知识在现实生活中的应用，在课堂有限的时间内，采用传统的板书，则消耗了课堂上宝贵的时间。

如
采用信息技术的快速显示功能，不仅能解决课堂内大量板书的问题，还可以大
大增加课堂教学容量，高效地使用课堂时间。

新版课程标准界定的信息技术核心素养为信息意识、计算思维、信息社会
责任、数字化学习与创新，理解这些词语并不难，但需要一线教师发挥聪明才智，选择合适的学习内容，寻找和创新教学途径将其在具体活动中加以落实。

根据标准，在高中信息技术涵盖的必修课程外，学生还可以根据个人兴趣、余力，在选择性必修和选修模块中选学部分内容。

选择性必修包括数据结构、网
络基础、数据管理与分析、人工智能、三维设计与创意、开源硬件六个模块，
算法初步与移动应用设计为选修的两个模块，这些模块涵盖内容知识广泛，能
力培养各有侧重。

没有教材，教师必须从课程标准出发，从中梳理出适合不同
层次学生学习的内容，自我组织材料，开展适切的课程。

但通过 Python辅助，可以通晓程序设计语言中常量、变量、表达式及顺序、分支、循环三种基本结
构等基本知识，通过实例体悟程序调试与运行的基本方法；通过案例渗透，了
解穷举、排序、搜索等常见算法实现的程序基本结构，体验不同算法效率的差别，理解算法正确性、可读性、健壮性对程序设计的重要价值，并能够初步估
算算法的空间与时间复杂度；通过小型网站案例建设，体悟对象、属性、方法、
事件的含义；通过游戏、网络爬虫等项目，学会如何运用计算机编程解决实际
问题，体验项目设计的基本流程。

多方收集素材，优化组合，形成课程纲要信
息技术日新月异，新兴技术如雨后春笋。

信息技术教师在制订教学计划时需要
紧密跟踪技术发展的新趋势，尽可能准确地预判技术走向，学会从网络上大浪
淘沙，整理材料，去粗取精，并引用到教学当中；信息技术教师平时的工作重
心更多的是放在学习、筛选和组合上，保证学生在信息素养得到培育的同时，
所接受到的信息内容也能与世界技术发展潮流同步。

本文主要探究 python 和 Algodoo 的基本原理和过程，探究如何正确操作python 和 Algodoo.将其与高中所学物理知识结合，模拟如自由落体，单摆等
物理实验，使其可视化程度更高。

通过 python 和 Algodoo ，我们的物理教学
质量会变得更好，教学方式更加灵活多样，教学流程更加简洁，教学条件也会
越来越好。

python 和 Algodoo 可以用建模展示各种物理实验现象。

python 和Algodoo 可用于制作增强型的立体教具、学具。

可视化教具对提高课堂教学的效
率和效果有显著的促进作用，也可以增加学生们的课堂兴趣。

这项技术提供了
更多的开阔空间。

将 python 和 Algodoo 引入物理课堂教学，发挥先进技术和
一线教学整合的优势弥补常态课堂直接经验不足的劣势，是培养具有创新精神
和实践能力的科技创新人才的重要途径，也是我国教学改革的需要。

频闪就是在一个电器的屏幕里看另一种电器的屏幕，另一种电器的屏幕会
有一条亮线从屏幕的底部推移到顶部，又从底部出现。

这样无穷下去，给我们
的感觉就是图像在闪烁。

显示器的显示原理。

我们在显示器上所看到的动态图像，其实是由一幅幅静态图像组成的，相邻两幅图像之间略有差别。

每一幅图像称为一帧，显示极短时间后切换成下一帧。

在两帧之间的过渡是
全黒，时间极短，但可以为显示下一幅图像做好充分准备。

由于人的眼睛有视
觉暂留现象，看到的图像不会立即消失，所以看到的各帧是连贯的。

有一种显
示器叫 CRT ，是“阴极射线显示器” ，工作原理是这样的，利用高温的电
子发生装置（称为电子枪）发射大量电子束，利用强磁场来控制电子束的
偏转，以轰击荧屏而产生亮点。

图像处理装置告诉强磁场，哪些点应当发光，
哪些点不发光。

如前所述，动态画面是由一系列略有差别的帧组成的。

在显示
一帧时，不是一下子完全显示整幅图像，而是由电子枪按照一定的路径逐个扫
射荧屏点的。

一般是一行一行地扫下来。

显示过程是这样的，先全黑短暂时间，再一行一行扫射下来，直到所有行都被扫射到，一帧图像显示完成，然后再全黑，为显示下一幅图像做好准备。

所以在某个时刻，可能一帧图像刚刚结束，
也可能才刚刚开始，也可能显示了一半，还有可能是全黑。

摄像机也是一幅一
幅静态图像拍摄的，各帧之间差别很小。

极短时间内的变化可能拍摄不下来，
我们可以把它想象为一台高速照相机。

电脑的显示器一秒钟
能显示 60 幅以上的图像（这种能力称为刷新率），这里假定为 70 ，而
摄像机一般是每秒 24 帧。

就是说，在摄像机完成一幅图像的拍摄过程中，电
脑
已经完成了数帧显示。

假设在电脑开始新帧的时刻摄像机开始拍摄第一幅图
像，那么 1/24 秒后，电脑显示了 70/24=3-2/24 帧，即三帧还差一点点。

根据上面的介绍我们可以知道，电脑显示器还有下面几行没有扫射完成，即下
面几行还是黒的，而上面已经发光，于是上面的发光了三次，下面只发光了两次，这就造成显示出来的图像上面亮下面暗，有一条界线，上部亮下部暗，就
在 22/24 处。

再过 22/24 秒，这条界线就会往上面再推移 2/22 ，推移到顶
部后又从底部出现。

这样无穷下去，给我们的感觉就是图像在闪烁。

可以推知，当刷新率是 69 甚至是 68 里，闪烁会变得严重。

频闪的根本原因就是两种电
器的刷新频率不同。

输入如图代码。

参考文献：
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