Netlogo软件界面及操作介绍

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1、Netlogo软件界面及操作介绍以“Strong Acid”模型为例*基金项目：全国教育科学“十一五”规划2008年度重点课题“基础教育学科资源保护开发与应用研究”（DHA080332）化学子项目“中国基础教育化学学科资源保护、开发与应用研究”；南京晓庄学院校级教改课题（4083434）。通讯联系人，陈凯，主要从事ICT在化学教学中的应用，电子信箱：zhenjiangchenkai陈凯1，3，陈博2，赵钧若3（1 南京晓庄学院 教师教育学院，江苏南京 211171；2 澳门大学 教育学院，澳门澳门没有邮编；3 南京晓庄学院 化学系，江苏南京 211171）【摘要】以Netlogo模型库中的“S

2、trong Acid”模型为例，详细地介绍了Netlogo软件中的Interface、Information和Procedures页面及部分操作。【关键词】Netlogo；界面；操作Netlogo是一种基于现代教育教学思想的新型软件，其特点在于运用多重表征方式，并且强调各表征之间的联系，使学生可以利用特定的可视模型系统学习特定的概念，并在理解的基础上进行记忆，最终达到灵活运用、解决问题的目的1。本文将以Netlogo模型库中的“Strong Acid”模型为例，介绍Netlogo软件的界面及相关操作。一、Netlogo简介Netlogo于1999年由Northwestern Universit

3、y的Uri Wilensky等开发，此后由Northwestern University的“关联学习中心”（Center for Connected Learning）不断对其进行完善和发展。该软件已经有多个版本：Version 1.0(2002年4月)、Version 1.1(2002年7月)、Version 1.2(2003年3月)、Version 1.3(2003年6月)到最新的Version 4.1 RC2 (2009年6月)。该软件的程序全部用Java语言编写。程序的运行在各操作系统中都可以，另外需要大约230M的硬盘空间和128M内存。该软件目前可以在网上免费下载(软件下载的网址：

4、http:/ccl.northwestern.edu/netlogo)。二、Netlogo特点多领域模型库Netlogo目前已经有了一个具有相当规模且比较成熟的模型库(Model Library)，其中可以使用的实例涉及多个学科领域的内容。模型库中已有的学科领域包括：艺术、生物学、物理学和化学、计算机科学、地质科学、游戏、数学、社会科学等。用户可以非常便捷地调用这些模型，可以进行相应的参数设置和模拟，甚至修改后存储成一个新的模型。该项目的开发组成人员还在进一步的努力，一些具有探究性的模型库实例及课程内容正处于开发和试用之中。该软件还允许学生、教师和课程开发者开发他们自己模型的自主性环境2。三、

5、Netlogo界面及操作介绍以“Strong Acid”模型为例进入Netlogo界面，界面主要分为两部分：菜单和主窗口。主窗口的顶部是三个标签页：Interface(界面)、Information(信息)和Procedures(例程)，任一时刻主窗口中只有其中之一可见，但可以通过单机窗口顶部的标签进行切换。标签下方是工具条，上面有一排按钮，当切换标签时会显示不同的按钮。1、Interface(界面页)选择“File”菜单打开模型库。从Chemistry&Physics部分选择“Strong Acid”，打开模型(图1)。该模型模拟了一元强碱滴定一元强酸时溶液pH值的变化情况。界面页中充满了图

6、1 Netlogo模型库中的“Strong Acid”模型许多元素：按钮、滑动条、绘图和监视器等。这些界面元素可以使用户与模型交互。按钮是蓝色的，用它们设置、启动、停止模型。滑动条是绿色的，用来修改模型配置。监视器和绘图是浅褐色的，它们用来显示数据。Netlogo界面元素的名称及作用见表1。表1 Netlogo界面元素及作用图标&名字描述按钮可以是一次性或永久性的。在一次性按钮上单击，将执行命令一次。永久性按钮则不断重复执行命令，直到再次按下按钮。 滑动条是全局变量，使用它可以快速改变变量，而不需重新编程。 开关是true/false变量的可视化表示。通过拨动开关，用户设置变量为on (tru

7、e)或off (false)。 用户使用选择器在选择列表中为一个全局变量选定值，选择列表显示为下拉菜单。 输入框是包含字符串或数值的全局变量。可以设置输入框对输入的命令或报告器字符串进行语法检查。数值型输入框可以读取任何形式的常值表达式，比滑动条灵活的多。颜色输入框则为用户提供了NetLogo颜色选择器。 监视器显示任何表达式的值。表达式可以是变量、复杂表达式，或对报告器的调用。监视器每秒自动更新几次。 绘图实时显示模型数据图形化。 输出区是一个文本卷滚区，用来记录模型活动。一个模型只能有一个输出区。 注释用来为界面页添加信息型文本标签。模型运行过程中注释内容不变。 (1)设置模型参数打开模型

8、时视图区是空的，首先需对模型进行设置。移动vol-acid和vol-base的滑动条设定初始时酸的量及每次滴定时加入碱的量，将工具条中的速度滑动条向左移，使模型运转速度减慢，便于用户观察。按下setup，模型进入准备状态，初始状态溶液的pH值取决于酸量的多少，根据初始酸量的不同，初始pH取值范围是3.3-7。笔者将vol-acid设为20，vol-base设为1，初始pH值为3.78。视图区中蓝色圆点代表水分子，绿色圆点代表水合氢离子，滴定过程中将会出现的红色圆点代表碱分子，按下go启动模型。(2)按钮按钮分为“一次性”（once）和“永久性”(forever)，通过按钮上的符号区分二者。永久

9、性按钮的右下角有两个箭头，一次性按钮没有箭头。一次性按钮执行动作一次后停止，当动作完成后按钮弹起。永久性按钮不断地执行一个动作，当用户想让动作停止时，再次按下按钮，它会完成当前动作然后弹起。大多数模型中有一个一次性按钮“setup”和一个永久性按钮“go”，许多模型还有一个一次性按钮“go once”或“step once”，它们很像go按钮，但区别在于它们只执行一步（时间步长）。使用这样的一次性按钮能让用户更仔细地查看模型的运行过程。(3)绘图与监视器模型运行后，视图区中水分子和水合氢离子不停地运动。“pH Curve”图中曲线显示随着时间的推移溶液的pH值是如何变化的。当图快被充满时，水平

10、轴增加，以前的数据被压缩只占一部分空间，更多的空间用来绘制将来的图形。“pH Curve”图旁是pH监视器，为用户及时地提供溶液的pH值。点击“record pH”，Titration Curve图中会相应的记录。点击“add-base”，往溶液中滴入碱，pH曲线和pH值均发生改变，待稳定后，再点击“record pH”，以此类推，直至完成酸碱滴定，Titration Curve图中会出现一条完整的滴定曲线。(4)视图区如果希望加快模型的运行速度，用户可以将速度滑动条向右移或关闭视图更新(view updates)，因为更新视图需要时间。当视图更新关闭后，模型继续在后台运行，如果想查看模型运行

11、情况，需重新勾选视图更新选项。用户若是要改变视图的大小和形状等，可利用工具条上的“Setting”按钮进行设置。此外，可以单击视图控制条上的“3D”按钮打开3D视图，3D视图窗口的底部有一些按钮用来改变观察的视角。当用户调整视角时，在视图的中心会出现一个蓝色十字，帮助用户确定方向。当用户调整视角后希望将视角返回默认位置时，可以点击“Reset Perspective”按钮。(5) 命令中心(Command Center)用户若是希望对视图区进行一定程度的修饰，可以通过Interface下方的命令中心(Command Center)。在命令中心底部的白框里输入图2所示文本，按回车确定后发现视图图

12、2 命令中心(Command Center)背景由黑色变为黄色，水分子和水合氢离子并没有变化。再在白框里输入“ask turtlesset color brown”，确认后发现水分子和水合氢离子都变为褐色了。NetLogo是由海龟(turtle)、瓦片(patch)和观察者（observer）组成的二维世界。瓦片构成背景，海龟在背景上移动，观察者是观察着所有事情的一个主体。在命令中心，用户可以给海龟、瓦片和观察者发出命令。单击命令中心左下角的“observer”，在下拉菜单中可以选择发出命令的对象。在下拉菜单中先后选择“turtles”和“patches”，分别输入“set color pin

13、k”和“set pcolor white”并回车，发现这两条命令同样使海龟和瓦片改变了颜色。前后两次输入命令的方式不同，但却达到同样的效果。这是因为在用observer书写命令时，由于观察者（observer）俯视着世界，因此需使用ask向瓦片或海龟发出命令，正如前者(observer ask patches set pcolor yellow)，observer必须请求（ask）瓦片把它的颜色设为黄色。而后者命令直接发给了一组主体，只需直接给出命令即可。按下“setup”，视图变回了原样，因为按下“setup”后，模型重新按例程页中的内容配置模型。命令中心一般不对模型做永久性修改，而是对当前

14、模型进行定制。(6)操纵颜色值得注意的是，在修改海龟和瓦片颜色时，我们用了两个不同的词：color和pcolor。color和pcolor均是变量，在Netlogo中有些命令和变量是海龟专用的，有些是瓦片专用的，color和pcolor就是一例。Netlogo中所有颜色对应一个数值。在前面的命令中我们使用了颜色名，那是因为Netlogo识别16个不同的颜色名，并不意味Netlogo只能分辨16种颜色，这些颜色之间的中间色也可使用。图3即是Netlogo的颜色分布图。图3 Netlogo颜色分布图为得到一个没有名字的颜色，用户需要使用一个数值，或者在颜色名上加上或减去一个数。例如，输入set c

15、olor red与输入set color 15效果完全一样。要得到一个更浅或更深的颜色，只需使用一个比该颜色更小或更大的一个数，如：set pcolor red + 2。(7)主体监视器(Agent Monitors)以上改变海龟颜色时，是将所有海龟的颜色全部改变，那么如何改变某一个海龟的颜色呢？选中一个绿色的水合氢离子右击，将鼠标移动到海龟菜单项上，注意到视图中的海龟加亮了，在子菜单中选择“inspect hydronium”，关于此海龟的监视器出现了。监视器中显示属于此海龟的所有变量，用户可以更改变量中的数值实现对此海龟的修改。除了海龟监视器（Turtle Monitors），也有瓦片监视

16、器（Patch Monitors）。瓦片监视器与海龟监视器很相似，在此不再赘述。2、Information(信息页)信息页主要阐述模型相应的知识点及使用方法。首次探索模型时很有用，推荐用户在运行模型前先阅读信息页。表2罗列出了信息页的主要栏目及相应的作用。表2 信息页的主要栏目及作用主要栏目作用WHAT IS IT简单阐述与模型相关的知识点HOW TO USE IT介绍模型的使用方法THINGS TO NOTICE介绍使用模型时的注意事项THINGS TO TRY模型设计者提出一些由浅入深的问题，用户通过对模型的操作，并且观察模拟现象，思考解答，从而加深对概念的理解EXTENDING THE

17、MODEL引导用户在掌握模型的基础上对模型进行衍生修改或自行设计新的模型CREDITS AND REFERENCES提供模型制作的参考书籍、网站以及鸣谢显示的信息页是不可编辑的，用户若要编辑可单击“Edit”按钮，或在单词上双击，视图会自动滚转到该位置并加亮单词，此时可以像任何文本编辑器一样在此视图中编辑文本。单击Edit按钮返回正常视图，然而当切换出编辑视图后会显示出几种不同的形式(表3)。表3 信息页标记描述编辑模式视图模式空行后面全大写的行成为节标题WHAT IS ITWHAT IS IT破折号组成的行被忽略-以http:/开头的成为可点击的超链接http:/ccl.northweste

18、rn.edu/netlogo/models/StrongAcidhttp:/ccl.northwestern.edu/netlogo/models/StrongAcid以| ( shift + 反斜线 )开始的行成为等宽文本。这对图和复杂公式等有用。 | pH = -log H+ 3、Procedures(例程页)例程页是模型代码存放处。对于立即想用的命令，可以在命令中心键入；对于要保存且永久使用的则放在例程页。要想知道代码是否有误，按下“Check”按钮。如果有语法错误，例程页标签会变红，有错的代码加亮，在顶部显示注释。切换标签页也会先进行语法检查，显示错误，因此切换前不需按Check按钮。

19、要查找代码片断，在例程工具条上单击“Find”按钮，出现Find对话框。在对话框中可以输入单词或短语进行查找或替换。“Ignore case”勾选框用来决定查找时是否区分大小；“Wrap around”选中后，将在整个例程页中查找，从光标位置查到底部，然后返回头部再查至光标处，否则只从光标处到底部。“Next”和“Previous”上下翻滚短语出现的位置。“Replace”将当前选择的短语替换，“Replace&Find”替换然后寻找下一个，“Replace all”替换搜索范围内所有匹配短语。要寻找特定的例程定义，使用例程工具条的“Procedures”弹出菜单，菜单以字母顺序列出所有例程。

20、四、结束语有关Netlogo的操作还很多，感兴趣的用户可以登陆Netlogo网络论坛(网址：使用Netlogo学习是一种基于问题解决的教学活动，在这种活动中学生可以在自由的情境中探究假设，并可以得到及时的反馈，从而在人机交互中充分体现和享受探究的乐趣。该软件已在国外广泛使用，并获得良好效果。已有研究表明，通过该软件的使用，学生以往依靠死记的事实概念，可以得到有意义的理解，依靠机械训练获得的知识可以转化成有效的逻辑推理。参考文献：1 王晓君，陈凯，宋怡等Netlogo及其在化学教与学中的应用J中小学信息技术教育， 2008，(5)：82-832 任红艳，李广州一个基于多重表征的教与学的软件NetlogoJ中学化学教学参考，2005，(1-2)：71-736