Physics Simulation

在網路世界裡可以找到許多模擬自然界物理規律的軟體,後續我們會嘗試簡單介紹。

十四年前在英文原文教科書內容中即有書商提供的模擬互動軟體,使用swf檔案格式,即flash動畫,當時剛好Java Applet盛行,也有許多使用Java Applet開發的物理動畫教學軟體,最有名氣的是師大物理系黃福坤教授所開發的一系列物理動畫,到現在還有相關的活動。

最近網路上較常看到的是PhET,來自美國University of Colorado, Boulder,是2002年Nobel Laureate Carl Wieman建立,有一百個物理議題的動畫,可以參考網頁內容 https://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics,PhET亦提供其它科學學科模擬之動畫,內容豐富,應該是建立在Javascript的Web Based互動軟體。

在本頁Simul-Physik中,我們將根據教學進度表中各章的內文,提出可能讓學習者更深入了解與體會的動態圖形,此動態圖形的繪製是根據物理現象背後的數學模型建構出來。

此動態網頁是使用p5.js撰寫,而p5.js是架構在JavaScript上,並依循著Processing語言設計的精神開發出來,詳細內容可以用Google尋找該工具的開發網站,自我學習之。

About

這個專案起源於設計普通物理課程教學資源設計。自2013年開始,PI利用網路公開傳播工具設計出教學資源,一開始從國立交通大學開放課程(NCTU opencourseware, OCW),從課堂影片錄製開始,持續利用影片提供正式上課使用,並結合影片教學縮短面授課程時間。最近開始發展動態投影片,結合自行錄影方式提供教學資源。

在執行多元教學過程中,不斷遭遇環境與思想變遷,進而發展與改進教學資源。從工具的演進到新世代思想演變,都是促進教學資源演進的動力,也有時是隨波逐浪不得不前進。現今教學需要提供多樣化資源,除基本教學外,還需要有輔助、督促甚至是激發學習的教學資源。

為開設高中先修課程,開始著手使用Processing語言開發模擬物質世界的互動軟體,而決定重新建立個人網站。過去網站內容以提供個人研究為主,較少分享過程,未來將提供研究、自製儀器、教學等方向的知識成長過程,而不只是整理或推薦自己的研究領域成果。

Processing是Java語言簡化過後的程式語言,有點像是二十幾年前的Basic語言,且Processing特別強調繪圖,甚至是結合OpenGL的功能而更合適於藝術家構思繪圖,也適合作為模擬物質世界的語言,但在提供準大學生使用時,所開發的Processing軟體,在使用者端仍會遇到電腦作業系統環境設定問題。

p5.js是另一種與Processing語法相同的語言,建構在javascript語言基礎上,學習者簡便使用瀏覽器即能開啟與使用模擬物質世界的軟體。另一方面,p5.js所撰寫的sketch軟體可以使用HTML的iframe功能,結合到網頁公佈器WordPress上發表,且能結合HTML5的Canvas繪圖功能提供WebGL互動式三維繪圖,亦能運用到圖形化研究數據。

以下利用Canvas展現一點基本功能,提供參考並啟動科技化虛擬世界空間。



可以確認一下瀏覽器是否有支援HTML5的畫布Canvas功能。

本網站使用WordPress外掛QuickLaTex來顯示數學運算與方程式,感謝提供資源與工具的智囊。

2017年6月25日開始重建,預計在未來一年內提供研究工作、設計儀器與物理教學的思路。