原文出处
非常适合教授物理（和其他学科）的开源工具综述。
成为物理学家和研究人员的好处在于我们社区的开放性。有很多合作和想法分享（特别是在茶歇期间）。我们也倾向于分享我们编写的软件。由于我们对算法非常挑剔，我们希望修改其他人的代码以修复我们发现的明显错误。当我不得不使用专有工具时感觉很沮丧，因为我无法理解它们的内部工作原理。在这样的环境中专业成长，开源一直是我使用的所有软件的首选解决方案。
当我成为大学医学院物理和生物物理学课程的正式教师时，我决定只使用开源软件来准备我的讲座。这是我迄今为止的经验和我找到的解决方案。
学习资料
教学并不容易。你应该首先了解这个主题，然后弄清楚如何与一个对这个主题一无所知的人进行交流；因此，深入研究该主题并提前准备讲座至关重要。有无数关于物理学的书籍，但也有一些有趣的免费资源。其中大多数不算作开源，因为它们无法修改，但无论如何它们都是有用的。
- HyperPhysics 看起来有点过时了, 但它记录了乔治亚州立大学物理与天文学系Carl R. Nave许多有趣的概念和见解。
- Open Source Physics 有大量的小程序和支持材料。我在各种会议上遇到了一些维护者，他们都是了不起的人。
- OpenStax 是一个基于莱斯大学的非营利性教育计划，它出版免费在线教科书。他们有一个很好的图书馆和一些关于物理学的作品 科学部分.
- Open Textbook Library provides a catalog of free textbooks with a physics section as well. Some of the titles have reviews by users.
- Motion Mountain is a collection of books about physics in general by C. Schiller that has also been translated into several languages.
- Light and Matter is another collection of writings about different aspects of physics, all authored by B. Crowell of Fullerton College, CA.
- Wikipedia, what more can I say?
讲课风格
在准备我的支持材料之前，我必须决定在讲座期间我更喜欢使用黑板还是幻灯片。为了在幻灯片中显示难以绘制的图形并在黑板上写下方程式，我选择同时使用两者。最终，幻灯片变得更加流行。我将它们用作讲座的草稿，帮助我跟踪我想说的话。我还添加了我想在讲座中提供正确参考的数学证明。
我最终没有使用黑板，而是使用 图形输入板 来记录我在讲座期间写的所有笔记。我使用数位板有三个主要目的：绘制额外的图来更好地解释自己，写下方程式和证明，以及写下我希望我的学生记住的关键信息。即使我写的内容已经在幻灯片上，但在讲座期间实际手写也可以让学生有时间将其写在笔记中。讲座结束后，我会在我的网站上分享幻灯片和笔记。
材料准备
幻灯片
由于数学是物理学的语言，因此我需要一种实用的方法来在幻灯片中写下方程式。可能，最好的工具是 LaTeX，但它旨在排版书籍而不是幻灯片。幸运的是，有 Beamer class 允许您使用 LaTeX 排版幻灯片。生成的文件是一个非常便携的 PDF。布局既漂亮又干净，迫使我不要把每张幻灯片都塞得太多。从同一个源代码，我可以准备文件的两个版本。讲义版本遵循大学企业标识的指导方针（i.e.,带有粗红色边框），而讲义版本的布局更简洁（例如， 没有粗边框），从而可以在不浪费打印机碳粉的情况下进行打印。我还看到学生在平板电脑和计算机上直接在讲义的 PDF 上做笔记。
使用 LaTeX 和 Beamer 的唯一缺点是无法在生成的演示文稿中嵌入视频。因此，我必须将我在课堂上偶尔播放的视频保存为一个单独的文件。
图像和图表
我很小心的是我使用的图形的许可。因此，我从不使用不允许我重新分发修改的图形。我在幻灯片中绘制了大部分图像。如果我使用其他人的作品，我总是在幻灯片中引用它。
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我更喜欢在可行的情况下使用 矢量图形，因为它们之后可以轻松修改和调整。我使用特殊的 Inkscape 作为我的矢量图形。另一方面，对于我的 光栅图形，我使用 GIMP。当我需要一个 3D 外观图时，我使用 Blender 来绘制场景；然后我用 Inkscape 跟踪渲染图像以将其转换为矢量。我最近发现了FreeCAD，它的显着特点是可以直接将3D场景导出为某种矢量格式。然后，我可以使用 Inkscape 调整图像，而无需跟踪光栅图像。
在我所有的图表中，我都试图保持一致的外观，因此我将自己限制在 10-调色板，均来自 d3 和 matplotlib。我还在幻灯片中使用相同的调色板来突出显示参考插图的数量。为了生成 绘图 和 graphs，我编写了 Python 脚本并使用了matplotlib 图形库。
多媒体支持
我准备了几页小程序来演示我在讲座中描述的一些现象（例如，用骰子模拟放射性衰变)。我选择在我的机构网页上提供这些小程序，以便轻松接触所有学生，而不是要求他们安装软件来运行它们。必要的选择是使用 JavaScript 和一些支持库，例如 jQuery 以实现浏览器之间的兼容性， MathJax 用于在网页中排版数学，或 d3 用于图形显示。由于我所在的机构不提供编写动态网页的功能，因此我使用了 Jekyll，它是一个静态站点生成器。 Jekyll 允许我在所有页面上拥有一致的外观和感觉，而无需编写 HTML 代码。
讲课软件
由于我的幻灯片是 PDF 文件，为了在讲座期间展示它们，我使用我的 GNOME 3 桌面环境。还有一种替代方法是使用 Okular，它允许对 PDF 进行注释，但我不喜欢使用它，因为注释不会转移到讲义中。结合绘图板，我使用优秀的绘画程序Krita。我使用图像层作为我笔记的新页面。这种方法在讲座中比创建一系列新文件更实用。我还可以复制图层并对其进行编辑或加载矢量图像并在其上进行绘制。 Krita 可以编写自定义的 Python 插件，所以我准备了一个脚本来导出一个 PDF 文件，每层都有一个新页面。
当我们在课堂上做练习时，我使用计算器 Qalculate 来获得数值结果。它的特殊功能是它可以使用与数字相关联的单位进行计算。我可以更多地关注锻炼分辨率而不是单位的转换。然而，这是一把双刃剑，因为学生不会自己学习如何进行转换。因此，我通常在课程中途开始使用 Qalculate。 wxMaxima 还可以支持运动解析，象征性地解一些难的方程。
视频讲座
有时我会在 YouTube 上提供流媒体讲座，或者上传带有额外迷你讲座的视频。碰巧学生们想要对某些科目进行更深入的解释。将这些作为视频提供可以让他们花时间倾听和理解主题。对于这些视频，我使用了 OBS studio，它可以录制视频或直接将视频流式传输到 YouTube。 OBS 可以将屏幕图像和一些额外的视频源（例如网络摄像机）置于视频场景中。为了编辑视频，我一直在使用 OpenShot。
结论
这是我一直用来准备和支持我的讲座的一组开源工具。多年来，每当我发现一些更合适的工具或改变我的演讲风格时，我都会改变其中的一些。坦率地说，由于懒惰，对所有工具的要求之一是它们必须易于安装。我在笔记本电脑上使用 Fedora，它的存储库包含所有这些软件的软件包。在我的台式计算机的 CentOS 安装中，我的运气更差。例如，Krita 和 OBS 只能通过 Flatpak 获得。
写这篇文章让我意识到我在讲座中积极使用了多少工具。也许有一些多合一的解决方案，例如LibreOffice Impress，但我对得到的结果非常满意。此外，所有这些软件都有其他有用的应用程序。
