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Graphe Easy是一款功能丰富且易于使用的2D绘图软件。软件内置了很多函数模板,绘制函数图像非常方便。该软件的最大特点是具有动画功能,且控制方法多样,制作的图像不需借助其他软件就能直接用于课堂教学。本文通过具体实例介绍了Graphe Easy在制作动画方面的应用,以期对一线教师有所帮助。
一、手动移动动画
数学教师在进行教学时都有这样的体会,花了很长时间制作的图形是个“死”的,为了说明另一个侧面的问题,不得不再重新制作一幅图形。有时即使如此,也很难让学生理解,Graphe Easy可以轻松解决此类问题。
1.点在曲线上移动(拖动)
设函数为y=f(x)=sinx,在图像上设置一个点,用鼠标拖动这个点,点始终在函数的图像上。
(1)输入函数f(x)。
(2)设置参数。给参数命名Name:a,初值Value:0。此外,可以设置参数的取值范围(如0~2pi)来限制点的移动范围(Minimum value allowed:0,Maximum value allowed:2pi)。
(3)画点。执行Document→new mathematical object→basic types→point命令,弹出对话框,在Point选项中设置Name: Point(可自行修改)、Abscissa: a、Ordinate: y(a);在Moving options选项中勾选Allow point abscissa modification(允许修改横坐标), Step value:0;在Display options选项中分别勾选Display Point(显示点)、Link point to x-axis 、 Link point to y-axis。其余的选项可自由选择,或采用默认值。设置完成后,单击确定,鼠标变成了左右双向箭头,表示点可以移动。按住鼠标左键拖动鼠标,点就随鼠标一起移动了(如图1所示)。
图1
2.点带动直线一起移动
有时我们需要观察函数在某一范围内的变化情况,如二次函数在闭区间上的最值等,需要将这个区间的左右边界表示出来,而且这个边界要能跟随区间左右端点的变化移动。以上例为例,我们要观察函数f(x)在一个周期内的函数值变化情况。方法如下:
设置两条界定区间的直线。执行 Docunment→ new mathematical object→basic types→curve x=f(y)命令,在弹出的对话框中对两条垂直线(两次输入)分别做如下设置:Name: x、Expression: a;Name: x1、Expression: a 2pi。单击“确定”,拖动点,两条直线会随之一起移动。
3.拖动点移动曲线
高中数学中关于函数y=A*sin(ωx φ) k的教学很重要,而这一节的任务就是解决图像的移动问题。
为了不至于互相干扰,我们先制作一个函数y=A*sin(x φ)的动画。
(1)设置参数a=1,b=0。
(2)输入函数a*sin(x b)。
(3)分别画点A(0,a),B(b,0),将这两个点分别限制在y、x轴上移动,并设置可移动的方向、显示坐标值和点的标签。
确定后,分别拖动点A和点B,图像按预定的方式进行变化(如图2所示)。
图2
4.一点带动多曲线变化
在高中数学函数内容中,有下面这样一道题:
已知函数f(x)=x(x-2),当函数的定义域为[a,b]时,值域为[-1,3]。以(a,b)为点的坐标,当a、b变化时,点(a,b)轨迹是下面的图形中的( )
A.点H(1,3)和F(-1,1) B.线段EF、GH
C.线段EH、FG D.线段EF、EH
这里的定函数、变区间及值域受限的问题使相当一部分学生理解困难。究其原因,一是牵扯到两个图形,关联性不容易建立。二是两个图形之间缺乏动态视觉效果,使用静态图形很难产生联想共鸣。使用Graphe Easy将这个问题以动画表示,图像能随区间端点的移动而变化,问题就容易理解得多了。
(1)根据函数特性和值域,函数在[a,b]中的图像至少应该包含二次函数的图像中夹在y=-1和y=3之间的图像的一半。为此,将区间的端点均设置为动点,并且限制两端点的活动范围为:-1≤a≤1,1≤b≤3。两端点之间用粗线段进行连接(便于观察),表示区间[a,b]。具体设置是:定义参数a、b,其初值分别为a=-1、b=1。a的最小值为-1,最大值为1,b的最小值为1,最大值为3。
(2)输入函数y=0,限制左端点为x=a,右端点为x=b。这样,函数的图像为x轴的一条线段,表示区间[a,b]。
(3)添加两个点A(a,0),B(b,0)。设置两点在x轴上可移动,这样拖动其中的一个点,线段长度则随之变化,表明区间发生变化。
(4)输入函数y=f(x)=x(x-2),设置左端点为(a,f(a)),右端点为(b,f(b))。这样,拖动点A或点B时,曲线也随之变化。
(5)输入函数x=-1,限制下端点为y=1,上端点为y=b。这样在拖动点B时,线段x=-1的长度发生变化。当b=3时,长度达到最大值。
(6)输入函数y=3,限制左端点为x=-1,右端点为x=a。这样,在拖动点A时,线段y=3的长度发生变化。当a=1时,长度达到最大值。
至此,动画设置完成(如果需要,加进一些装饰),结果如图3所示。
图3
使用方法:将点A放在最左端,拖动B进行演示;将点B放在最右端,拖动A进行演示。区间的变化、函数曲线的变化、点的轨迹变化一目了然。
二、多参数、多内容受控型动画
Graphe Easy内置了一个宏编辑器,可以事先记录对动画的控制要求。宏控制器几乎能控制曲线展示窗口内的所有对象,并且能控制动画的流程。如对象的显示与隐藏、参数的动态修改、隐藏与显示注释提示、显示区域的缩放、运行流程的跳转、等待与暂停、播放其他的宏(同一文件中)等等。通过设置和调整顺序,可以制作出千变万化的动画效果。下面仍以函数y=A*sin(ωx φ) k的图像为例,说明此类动画的制作方法,最终希望实现下述效果。
(1)按顺序依次显示y=sin(x)与函数y=sin(x φ)、y=sin(ωx) 、y=A*sin(x)、y=sin(x) k 图像之间的关系,用以说明各参数对函数图像的影响。动画前后保留对照图像,并可暂停,留取时间给教师作相关讲解。其后显示各自对应的小结,一直保留到下一个动画步骤开始时(必要时用手动动画辅助)。
(2)集中演示函数y=sin(x)与函数 y=A*sin(ωx φ) k图像的关系演变动画。中间不停顿,但参数改变时保留改变前的函数图像。
制作步骤如下:
(1)切换到参数面板,分别输入参数a、w、q、k,初值分别为a=1、w=1、q=0、k=0。
(2)切换到数学对象面板,分别输入函数(函数名称系统默认)y=sin(x)、y=sin(x pi/4)、y=sin(2x pi/4)、y=2sin(2x pi/4)、y=2sin(2x pi/4) 2,图像自动显示在图像展示区。其中后四个作为由y=sin(x)变换后的结果,并将其设置为隐藏。方法是,在左侧的函数展示面板中单击圆形按钮,使之变为红色(绿色显示,红色隐藏)。最后输入y=a*sin(wx q) k作为动画的过程表达式。
一、手动移动动画
数学教师在进行教学时都有这样的体会,花了很长时间制作的图形是个“死”的,为了说明另一个侧面的问题,不得不再重新制作一幅图形。有时即使如此,也很难让学生理解,Graphe Easy可以轻松解决此类问题。
1.点在曲线上移动(拖动)
设函数为y=f(x)=sinx,在图像上设置一个点,用鼠标拖动这个点,点始终在函数的图像上。
(1)输入函数f(x)。
(2)设置参数。给参数命名Name:a,初值Value:0。此外,可以设置参数的取值范围(如0~2pi)来限制点的移动范围(Minimum value allowed:0,Maximum value allowed:2pi)。
(3)画点。执行Document→new mathematical object→basic types→point命令,弹出对话框,在Point选项中设置Name: Point(可自行修改)、Abscissa: a、Ordinate: y(a);在Moving options选项中勾选Allow point abscissa modification(允许修改横坐标), Step value:0;在Display options选项中分别勾选Display Point(显示点)、Link point to x-axis 、 Link point to y-axis。其余的选项可自由选择,或采用默认值。设置完成后,单击确定,鼠标变成了左右双向箭头,表示点可以移动。按住鼠标左键拖动鼠标,点就随鼠标一起移动了(如图1所示)。
图1
2.点带动直线一起移动
有时我们需要观察函数在某一范围内的变化情况,如二次函数在闭区间上的最值等,需要将这个区间的左右边界表示出来,而且这个边界要能跟随区间左右端点的变化移动。以上例为例,我们要观察函数f(x)在一个周期内的函数值变化情况。方法如下:
设置两条界定区间的直线。执行 Docunment→ new mathematical object→basic types→curve x=f(y)命令,在弹出的对话框中对两条垂直线(两次输入)分别做如下设置:Name: x、Expression: a;Name: x1、Expression: a 2pi。单击“确定”,拖动点,两条直线会随之一起移动。
3.拖动点移动曲线
高中数学中关于函数y=A*sin(ωx φ) k的教学很重要,而这一节的任务就是解决图像的移动问题。
为了不至于互相干扰,我们先制作一个函数y=A*sin(x φ)的动画。
(1)设置参数a=1,b=0。
(2)输入函数a*sin(x b)。
(3)分别画点A(0,a),B(b,0),将这两个点分别限制在y、x轴上移动,并设置可移动的方向、显示坐标值和点的标签。
确定后,分别拖动点A和点B,图像按预定的方式进行变化(如图2所示)。
图2
4.一点带动多曲线变化
在高中数学函数内容中,有下面这样一道题:
已知函数f(x)=x(x-2),当函数的定义域为[a,b]时,值域为[-1,3]。以(a,b)为点的坐标,当a、b变化时,点(a,b)轨迹是下面的图形中的( )
A.点H(1,3)和F(-1,1) B.线段EF、GH
C.线段EH、FG D.线段EF、EH
这里的定函数、变区间及值域受限的问题使相当一部分学生理解困难。究其原因,一是牵扯到两个图形,关联性不容易建立。二是两个图形之间缺乏动态视觉效果,使用静态图形很难产生联想共鸣。使用Graphe Easy将这个问题以动画表示,图像能随区间端点的移动而变化,问题就容易理解得多了。
(1)根据函数特性和值域,函数在[a,b]中的图像至少应该包含二次函数的图像中夹在y=-1和y=3之间的图像的一半。为此,将区间的端点均设置为动点,并且限制两端点的活动范围为:-1≤a≤1,1≤b≤3。两端点之间用粗线段进行连接(便于观察),表示区间[a,b]。具体设置是:定义参数a、b,其初值分别为a=-1、b=1。a的最小值为-1,最大值为1,b的最小值为1,最大值为3。
(2)输入函数y=0,限制左端点为x=a,右端点为x=b。这样,函数的图像为x轴的一条线段,表示区间[a,b]。
(3)添加两个点A(a,0),B(b,0)。设置两点在x轴上可移动,这样拖动其中的一个点,线段长度则随之变化,表明区间发生变化。
(4)输入函数y=f(x)=x(x-2),设置左端点为(a,f(a)),右端点为(b,f(b))。这样,拖动点A或点B时,曲线也随之变化。
(5)输入函数x=-1,限制下端点为y=1,上端点为y=b。这样在拖动点B时,线段x=-1的长度发生变化。当b=3时,长度达到最大值。
(6)输入函数y=3,限制左端点为x=-1,右端点为x=a。这样,在拖动点A时,线段y=3的长度发生变化。当a=1时,长度达到最大值。
至此,动画设置完成(如果需要,加进一些装饰),结果如图3所示。
图3
使用方法:将点A放在最左端,拖动B进行演示;将点B放在最右端,拖动A进行演示。区间的变化、函数曲线的变化、点的轨迹变化一目了然。
二、多参数、多内容受控型动画
Graphe Easy内置了一个宏编辑器,可以事先记录对动画的控制要求。宏控制器几乎能控制曲线展示窗口内的所有对象,并且能控制动画的流程。如对象的显示与隐藏、参数的动态修改、隐藏与显示注释提示、显示区域的缩放、运行流程的跳转、等待与暂停、播放其他的宏(同一文件中)等等。通过设置和调整顺序,可以制作出千变万化的动画效果。下面仍以函数y=A*sin(ωx φ) k的图像为例,说明此类动画的制作方法,最终希望实现下述效果。
(1)按顺序依次显示y=sin(x)与函数y=sin(x φ)、y=sin(ωx) 、y=A*sin(x)、y=sin(x) k 图像之间的关系,用以说明各参数对函数图像的影响。动画前后保留对照图像,并可暂停,留取时间给教师作相关讲解。其后显示各自对应的小结,一直保留到下一个动画步骤开始时(必要时用手动动画辅助)。
(2)集中演示函数y=sin(x)与函数 y=A*sin(ωx φ) k图像的关系演变动画。中间不停顿,但参数改变时保留改变前的函数图像。
制作步骤如下:
(1)切换到参数面板,分别输入参数a、w、q、k,初值分别为a=1、w=1、q=0、k=0。
(2)切换到数学对象面板,分别输入函数(函数名称系统默认)y=sin(x)、y=sin(x pi/4)、y=sin(2x pi/4)、y=2sin(2x pi/4)、y=2sin(2x pi/4) 2,图像自动显示在图像展示区。其中后四个作为由y=sin(x)变换后的结果,并将其设置为隐藏。方法是,在左侧的函数展示面板中单击圆形按钮,使之变为红色(绿色显示,红色隐藏)。最后输入y=a*sin(wx q) k作为动画的过程表达式。