實體引擎 開源
成為實體學家和研究者的美好之處在于我們社群的開放性。 有很多協作和想法共享（尤其是在茶歇期間）。 我們也傾向于共享我們編寫的軟體。 由于我們對算法非常挑剔，是以我們想修改其他人的代碼以修複發現的明顯錯誤。 當我不得不使用專有工具時，會感到沮喪，因為我無法了解它們的内部工作原理。 在這樣的環境下專業成長，開源一直是我使用的所有軟體的首選解決方案。
當我成為大學 醫學院實體與生物實體課程的正常老師時，我決定僅使用開源軟體來準備我的演講。 這是我到目前為止的經驗以及找到的解決方案。
學習資料
教學并不容易。 您應該首先了解主題，然後弄清楚如何與對該主題一無所知的人進行交流。 是以，深入研究該主題并事先準備好講座是至關重要的。 關于實體的書籍不計其數，但也有一些有趣的，免費的資源。 由于無法修改，是以大多數都不算開源，但是無論如何它們還是有用的。
- HyperPhysics的外觀可能已過時，但這是佐治亞州立大學實體與天文學系的Carl R. Nave所講的有趣概念和見解的寶庫。
- 開源實體學有許多精美的小程式和支援材料。 我在各種會議上遇到了一些維護者，他們是傑出的人。
- OpenStax是賴斯大學（Rice University）的一項非營利性教育計劃，旨在免費釋出線上教科書。 他們有一個很好的圖書館，在科學方面有幾本關于實體學的著作。
- 開放教科書圖書館提供了免費的教科書目錄，其中還包括一個實體部分 。 一些标題具有使用者評論。
- Motion Mountain是C. Schiller撰寫的有關實體學的一般書籍的合集，也已翻譯成多種語言。
- 《光與物質》是關于實體學不同方面的另一本著作的集合，所有這些著作均由加利福尼亞州富勒頓學院的B. Crowell撰寫。
- 維基百科 ，我還能說什麼？
講授風格
在準備支援材料之前，我必須決定在講課期間是喜歡使用黑闆還是幻燈片。 我選擇在幻燈片中顯示難以繪制的圖形并在黑闆上寫下方程式的想法。 最終，幻燈片放映變得更加流行。 我将它們用作演講的草稿，以幫助我跟蹤我想說的話。 我還添加了一些數學證明，希望在授課過程中提供正确的參考。
我最終沒有使用黑闆，而是使用了圖形輸入闆來記錄我在演講期間寫的所有筆記。 我将數位闆用于三個主要目的：繪制更多圖紙以更好地說明自己，寫下等式和證明，以及寫下我希望學生記住的關鍵資訊。 即使我已經寫了幻燈片上的内容，實際上在授課過程中用手寫的方式也使學生有時間将其寫下來。 講座結束後，我在我的網站上共享幻燈片和筆記。
圖：使用數位闆和Krita上課時筆記的示例
材料準備
幻燈片放映
由于數學是實體學的語言，是以我需要一種實用的方法來在幻燈片中寫下方程式。 最好的工具可能是LaTeX ，但是它是用來排版書籍而不是幻燈片的。 幸運的是，有Beamer類可讓您使用LaTeX排版幻燈片。 生成的檔案是非常可移植的PDF。 布局幹淨整潔，并迫使我不要将每張幻燈片都塞滿。 從相同的源代碼，我可以準備檔案的兩個版本。 講座版本遵循大學的企業辨別準則（ 即帶有紅色粗邊框），而講義版本具有更整潔的布局（ 例如，沒有粗邊框），進而可以在不浪費列印機碳粉的情況下進行列印。 我還看到學生們在平闆電腦和計算機上直接在講義的PDF上做筆記。
使用LaTeX和Beamer的唯一缺點是無法在制作的示範文稿中嵌入視訊。 是以，我必須将課堂上偶爾顯示的視訊作為單獨的檔案儲存。
圖：使用LaTeX和Beamer建立的幻燈片示例
圖：使用LaTeX和Beamer建立的幻燈片示例
圖像和圖表
我要注意的一點是所使用圖形的許可。 是以，我絕不會使用不允許我重新配置設定修改的圖形。 我在幻燈片中繪制了大多數圖像。 如果我使用别人的作品，我總是在幻燈片中引用它。
矢量圖形，因為它們可以在以後輕松修改和調整。 我将特殊的Inkscape用于矢量圖形。 另一方面，對于我的栅格圖形 ，我使用GIMP 。 當需要3D外觀圖時，可以使用Blender繪制場景。 然後使用Inkscape跟蹤渲染的圖像，以将其轉換為矢量圖像。 我最近發現了FreeCAD ，它具有引人注目的功能，可以直接将3D場景導出為某些矢量格式。 然後，我可以使用Inkscape調整圖像，而不必跟蹤栅格圖像。
在我所有的圖中，我試圖保持一緻的外觀，是以我将自己限制在d3和matplotlib的10 色調色闆中 。 我還在幻燈片中使用相同的調色闆，以參考插圖突出顯示數量。 為了生成圖和圖 ，我編寫了Python腳本并使用了matplotlib圖形庫。
圖：通過跟蹤Blender 3D圖使用Inkscape建立的圖示例
多媒體支援
我準備了幾頁帶有applet的頁面，這些applet示範了我在演講中描述的一些現象（例如， 用dice模組化放射性衰變 ）。 我選擇在機構網頁上提供這些小程式，以輕松地吸引所有學生，而不是要求他們安裝運作它們的軟體。 必要的選擇是采用JavaScript和一些支援庫，例如jQuery（用于實作浏覽器之間的相容性）， MathJax（用于在網頁中排版數學）或d3（用于圖形顯示）。 由于我的機構不具備編寫動态網頁的功能，是以我使用的是Jekyll ，它是靜态網站生成器。 Jekyll允許我在所有頁面上保持一緻的外觀，而無需編寫HTML代碼。
圖：骰子模型放射性衰變， 互動式模拟圖像
授課軟體
由于我的幻燈片是PDF檔案，為了在演講期間顯示它們，我使用GNOME 3桌面環境的預設文檔檢視器 。 還有一種使用Okular的替代方法，它可以對PDF進行注釋，但是我不希望使用它，因為注釋不會被傳遞到講義中。 結合圖形輸入闆，我使用了出色的繪畫程式Krita 。 我将圖像層用作筆記的新頁面。 在講課期間，此方法比建立一系列新檔案更實用。 我還可以複制圖層并對其進行編輯，或者加載矢量圖像并在其上繪制。 Krita可以編寫自定義的Python插件 ，是以我準備了一個腳本，該腳本可以導出PDF檔案，并為每個圖層添加一個新頁面。
圖：在課堂上用來寫筆記的Krita螢幕截圖
當我們在課堂上練習時，我使用電腦Qalculate獲得數值結果。 它的特殊功能是它可以使用與數字關聯的機關進行計算。 我可以将重點更多地放在運動分辨率上，而不是機關的轉換上。 但是，這是一把雙刃劍，因為學生們不會自己學習如何進行轉換。 是以，我通常在課程中途開始使用Qalculate。 wxMaxima還可以支援運動分辨率，象征性地解決一些難題。
圖：Qalculate的螢幕截圖
視訊講座
有時，我會在YouTube上提供流媒體講座，或者上傳帶有其他迷你講座的視訊。 碰巧的是，學生們希望對某些學科進行更深入的解釋。 将這些視訊作為視訊提供，使他們可以花時間聆聽和了解主題。 對于這些視訊，我使用OBS studio ，它可以錄制視訊或直接将其流式傳輸到YouTube。 OBS可以将視訊圖像和一些其他視訊源（例如網絡攝像頭）放在視訊場景上。 要編輯視訊，我一直在使用OpenShot 。
圖：OBS工作室錄制螢幕截圖
結論
這是我用來準備和支援講座的一組開源工具。 這些年來，每當我發現一些更好的拟合工具或改變我的演講風格時，我都會更改其中一些。 坦率地說，由于懶惰，所有工具的要求之一是必須易于安裝。 我在筆記本電腦上使用Fedora ，它的存儲庫中有用于所有此軟體的軟體包。 在台式計算機的CentOS安裝上，我的運氣更糟。 例如，僅可通過Flatpak使用Krita和OBS。
寫這篇文章隻是讓我意識到我正在為講座積極使用多少工具。 也許有一些一體化解決方案，例如LibreOffice Impress ，但我對獲得的結果感到非常滿意。 此外，所有該軟體還具有其他有用的應用程式。
如有疑問，請發表評論。
翻譯自: https://opensource.com/article/20/1/teach-physics-open-source
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