基于MATLAB的中学物理光学仿真实验平台开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

初中物理教材光学一章，无论是从思维、方法，还是习惯等都对中学物理的学习做出铺垫。物理是一门以实验为基础的自然科学。实验教学和演示实验是中学物理教学的重要环节，是学生探究并获取知识与应用知识过程中的一个有机组成部分。物理实验不仅能够有效的激发学生对物理学科的浓厚兴趣,还能充分培养学生的观察能力、思维能力、实验能力、小组协作的能力以及分析和解决问题的能力。传统的光学实验对实验环境有较高的要求,且很多实验现象不够直观。因此,教师在讲课时难以形象而生动的把光学实验内容呈现在课堂上。设计开发中学物理光学仿真实验平台，对于提高学习者的学习兴趣和积极性，打破传统物理光学实验受时间和场地的限制，为学生提供预习和复习实验内容的手段、为教师提供辅助实验教学工具、避免某些真实实验操作带来的危险、探索新的实验教学模式等诸多方面都具有十分重要的意义。利用Matlab，制作简洁美观、可拓展性强的中学物理光学实验平台，借助于计算机对多个经典光学实验进行仿真,主要内容包括光的反射、平面镜成像、光的折射、凸透镜成像。这些实验都是初中物理实验的重要组成部分,是开启学生对物理科学产生浓厚兴趣的大门。以前教师在上课的时候，由于条件的限制无法让学生观察到这些光学实验的具体现象，只能凭空描述，让学生死记硬背。通过基于Matlab中学物理光学仿真试验平台能很好的解决这一问题。

随着信息技术的发展,物理光学仿真实验室逐渐成为教育领域的一个新的研究热点。国内外出现了许多物理仿真试验室,国外的PHET仿真实验室（http://phet.colorado.edu/zh_CN/）、VLAB物理实验网站（http://www.vlab.cn/）、Virtual Physics Lab（http://www.vplab.co.uk）等。国内的包括华师京城物理仿真实验室（http://www.hsjc.com.cn/）、VCM仿真实验室（http://www.vcmedu.com/）、东师理想虚拟仿真实验室（http://www.dsideal.com）。这些试验室很多是基于Ｆｌａｓｈ、Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ、３ＤＳｔｕｄｉｏ　ＭＡＸ之类的图形图像软件制作。这些软件可以制作逼真的实验环境和生动的实验过程动画，还可以制作出实际实验所无法达到的效果。但这类软件本身是制作动画卡通的，对物理光学实验规律和过程很少涉及，很难做到真正的交互使用，开发也很困难。因此，在物理光学实验教学中应用很少。应用于物理光学实验教学的仿真平台的开发关键是将光线的整个传播途径生动的展现在学生面前。

2. 研究的基本内容与方案

基于matlab的中学物理光学仿真实验平台，主要实现中学物理光学实验仿真与模拟。对于该平台我会运用matlab图形用户界面(gui)设计整个实验系统的开始主界面，其主要实验模块如下：

对于整个系统实现方案如下：

3. 研究计划与安排

1-3周：广泛查阅中、英文文献资料，确定选题和相关技术支持；仔细研读任务书，根据要求初步确定可行的设计方案，完成开题报告。

4-5周：了解相关的专业知识，广泛查阅资料，留意和课题相关的英文资料，完成不少于2万字符的英文翻译任务；进一步完善设计方案，分解设计任务，制定更加详尽的进度表。

6-12周：继续深入学习相关内容，逐步实施设计方案。

4. 参考文献（12篇以上）

1.全星慧.基于matlab的信号与系统实验平台设计[j].现代电子技术,2014,第22期:p88-90

2.张志涌.matlab教程.北京:北京航空航天大学出版社[m],2015

3.joseph f. vignola. bringing matlab into the acoustics class. the journal of the acoustical society of america,2014,vol.135 no.4:p2158