開源科學計算軟件Ｓｃｉｌａｂ及其教學應用

　　新的《高中數(shù)學課程標準》已將“數(shù)學建?！闭n設置為高中數(shù)學的一個專題課程。同時，高中物理、化學等課程的教與學活動也經常需要對各種問題進行數(shù)學建模和計算。因此，科學計算軟件的使用能力應成為廣大教師和學生的基本技能之一。
　　開源科學計算軟件Scilab不僅能解決各種各樣的計算問題，而且能將計算過程和結果可視化，同時還能模擬一些事物的變化過程。比如，在解析幾何的學習中，可以借助Scilab動態(tài)可視化生成三維空間，加深學生的理解。
　　與商業(yè)科學計算軟件Matlab相比，在功能上Scilab基本可以替代Matlab，且Scilab最誘人之處在于，它是一款開放源碼的軟件，使用正版軟件完全免費。本文首先對Scilab的功能、特點、下載、安裝與編程方法進行了簡要介紹，最后結合兩個實例探討了其在中學教學中的應用。
　　
　　一、Scilab簡介
　　
　　Scilab是法國國家信息與自動化研究院(INRIA) 開發(fā)的“開放源碼”科學計算自由軟件，它主要有數(shù)值計算、仿真與模擬、計算結果可視化等功能。Scilab數(shù)據(jù)類型豐富，可以方便實現(xiàn)各種矩陣運算，并允許用戶在線建立各種自定義函數(shù)。此外，Scilab還具有圖形顯示功能，可實現(xiàn)各種常規(guī)形式的計算結果可視化。
　　Scilab是一種解釋性語言，能運行于Windows、Linux以及Unix等操作系統(tǒng)環(huán)境下。作為開放源碼的軟件，Scilab的源代碼、用戶手冊及二進制的可執(zhí)行文件都是免費的。用戶不僅可以在Scilab的許可證條件下自由使用該軟件，還可以根據(jù)需要修改源代碼，使之更加符合自身需要。此外，Scilab還包括一些應用于不同科學計算領域的工具箱，如科學計算、數(shù)學建模、信號處理、網(wǎng)絡分析、決策優(yōu)化、線性與非線性控制等。
　　
　　二、Scilab的安裝及運行
　　
　　Scilab的源代碼和執(zhí)行碼程序可以從Scilab英文網(wǎng)站http://www.scilab.org/或中文站點http://www.Scilab.org.cn/下載，Scilab的安裝程序、說明文檔、應用案例以及一些最新消息都能從上述網(wǎng)站得到。目前可下載的中文Scilab最新版本為4.0。
　　Scilab的安裝程序分為二進制和源程序兩種版本，用戶可以根據(jù)需要下載安裝，直接運行安裝文件Scilab-4.0.exe即可。安裝完畢后，在計算機桌面上雙擊Scilab快捷鍵或者從開始菜單的程序子菜單中選擇Scilab命令，啟動的Scilab主窗口如圖1所示。該窗口是Scilab用戶進行人機交互的主要界面，也是命令與數(shù)據(jù)的輸入與輸出窗口。
　　
　　圖1 Scilab主界面
　　主界面窗口上方由菜單欄（7個下拉菜單）和常用工具欄組成，圖中最下一行的提示符“-->”是Scilab命令的輸入部位。對于下拉菜單中的若干項目，用戶同樣可通過鍵入命令完成操作。例如在提示符后輸入“Exit”命令后，系統(tǒng)將自動退出Scilab。
　　
　　三、Scilab的編程方法
　　
　　對于比較簡單一次性計算問題，用戶在Scilab主界面中直接輸入命令行，單擊回車即可運行。命令運行方式比較簡單、快捷。
　　當求解問題規(guī)模較大時，則應使用內置的Scilab腳本編輯器Scipad進行編程，也可用其他任何一個文本編輯器，如Windows附件中的寫字板。編輯的純文本程序文件稱為Scilab“腳本文件”，其擴展名為“*.sci”。
　　在Scilab主界面點擊Editor菜單，彈出如圖2所示的Scipad文本編輯器，直接在光標處輸入命令行即可。
　　
　　圖2 Scipad編輯器主界面
　　編程完畢后，在File下拉菜單中選擇Save as命令保存腳本文件，然后在Excute下拉菜單中選擇Load into Scilab即可運行該文件，運行結果將在Scilab Graphic圖形顯示窗口中顯示。
　　
　　四、Scilab應用舉例
　　
　　下面我們通過兩個教學實例來體驗一下Scilab的強大功能。
　　
　　1．代數(shù)教學實例
　　若x的定義區(qū)間