1. GeoGebra
GeoGebra 是一款适用于几何、代数和统计学的开源软件,可以在 Windows、macOS、Linux 和移动设备上使用。这个软件除了具有绘制图形的功能外,还有用于解方程、计算行列式、求导数、作函数图像等功能。其中适用于初、高中学习者的动态几何探索工具及 3D 几何、Algebra、Calculus 等工具尤为出众。GeoGebra 的一大优势在于其界面简洁清晰、易于操作、方便快捷。
该软件主要功能包括绘图工具、计算工具、几何探索工具、三维绘图工具、数据分析工具等多个板块。用户可通过简单的操作绘制、编辑和自定义的几何图,还可以输出到 pdf、html、svg、png 和 eps 等多种格式的文件。此外,GeoGebra 还可通过网络进行互动,共享教学资源,是一款十分实用的多功能软件。
优点:
功能全面,覆盖代数、几何、计算、绘图、数据分析等多个方面的需求
自由可控,支持自定义模板、图像风格和输出格式等,方便用户个性化设置
互动交流,支持在网络上分享、展示和交流用户作品和教学资源
缺点:
学习曲线略高,初次使用时可能需要一定时间适应软件操作
布局较拥挤,可能会影响工作效率和用户体验
2. Asymptote
Asymptote 是一款基于 LaTeX 的绘图工具,主要用于创建科技绘图、几何图形、立体图形和动态图形等,支持矢量绘制图、文本排版、三维绘制等功能。相比于 GeoGebra 专注于初、高中学习者的应用场景,Asymptote 更多地应用于科研和专业领域中。
Asymptote 具有高度可编程性,支持内置的图形命令库以及用户自定义命令,用户可以利用命令完成更加符合自己需求的图形绘制。Asymptote 相对于其他几何绘图工具而言还具有两大优势:其一,支持在 LaTeX 中使用,而 LaTeX 是科技论文撰写领域的标准;其二,支持三维图形、曲面绘制,可用于研究立体的几何形状和复杂的数学模型。
优点:
高度自订,可根据专业领域需求编写适用的指令库
支持在 LaTeX 中使用,方便、精确、规范
支持三维绘图及曲面绘制,可应用于较为复杂的图形、数学模型绘制中
缺点:
学习曲线陡峭,需要掌握一定的基础编程技能和 LaTeX 语言
无界面操作,需要手动编写代码,容易出错而且效率低下
3. Sketchpad
Sketchpad 是一款主要用于中小学教育的几何绘图工具,被广泛应用于教学、科研、教学资源的制作和分享等方面。它支持各种几何命令,可实时预览绘图效果,并能在平面、立体、网格等多种视角显示几何模型。
与前面介绍的 GeoGebra 和 Asymptote 不同,Sketchpad 定位于中、小学生群体,特别是适用于教师进行教学设计和课程制作,简单易学、功能实用高效。Sketchpad 最大的特点就是“动态抓手”,即用户可以通过拖动几何图形中的点、线、圆等元素,随机改变其形状,并观察动态变化的效果,这使得学生更加容易形象地理解几何概念和性质。
优点:
适用于中小学生的教学,界面直观易用,功能实用高效
动态抓手,可帮助学生形象地理解与掌握几何概念和性质
支持更加多元化的几何绘制和视图显示
缺点:
功能相对较简单,适用范围相对较窄
缺少某些高级功能和数值计算工具
4. C.a.R.
C.a.R. 是一个已经有 30 多年历史的老牌几何绘图工具,支持平面几何、立体几何、向量、多边形绘图等。与其他几何绘图工具不同之处在于 C.a.R. 不需要使用鼠标点击,而是通过键盘快捷键(如 ctrl+c、ctrl+d、shift+c 等)来操纵绘图,甚至不需要打开菜单栏或工具栏。此外,它采用的是计算机代数系统(CAS)作为引擎,支持真实数、分式、小数、无理数、复数等多种表示方式,且支持函数图像绘制和参数方程绘制。
通过 C.a.R. 可以对不同的图形进行 converger 和 deconverger,即让图形从简单到复杂、从抽象到具象,这有利于学生形象化地、逐步地理解几何概念和几何变换;同时,在设计平面图形时它还提供了对梅涅劳斯定理(Ménélaos' theorem)和塞瓦(Ceva's theorem)的证明过程支持,以及提供欧拉定理(Euler's formula)和吉本曲线(Kiepert hyperbola)的互动环境。
优点:
计算精确,支持多种几何、代数、绘图需求
支持键盘快捷键操纵,操作简洁高效
具备 converger 和 deconverger 功能,帮助学生逐步理解几何概念和变换
缺点:
界面较为陈旧,可能会影响用户体验
学习曲线较高,需要掌握一定的 CAS 知识和相关命令
总结归纳
从以上介绍可以看出,不同的几何绘图工具有各自不同的特点和适用的场景。 例如,GeoGebra 可以覆盖初、高中学习范围内的一系列问题,形象生动,而 Asymptote 更适用于科研人员需要进行比较复杂的 3D 绘图等领域。
同样,Sketchpad 可以帮助小学、初中学生较好地掌握几何概念,操作简单,而 C.a.R. 让运用知识去探究几何规律成为了一种乐趣。 根据自己的实际需求选择一个适合自己使用的几何绘图工具,有助于提高几何知识的掌握和实践应用的水平。