信息检索与利用实习报告.docx

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信息检索与利用实习报告

信息检索与利用实习报告

指导教师：

何东武

学院：

机械工程学院

姓名：

教师评语：

计算机仿真实验的教学应用及发展前景

一、检索总结

（辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新　123000）

摘要:

本文深入阐述了计算机仿真实验在实验教学中的积极作用,它的发展现状,制作技术,以及美好前景。

关键词:

计算机仿真实验教学应用

中图分类号:

TP391.9　　　文献标识码:

A

Thecomputersimulationexperimentteachingapplicationanddevelopmentprospect

CAIHe-nan

（SchoolofMechanicalEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China）

Abstract:

Thispaperexpoundsthecomputersimulationexperimentonthepositiveroleofexperimentteaching,andit'sdevelopmentpresentsituation,productiontechnology,andprospects.

Keywords:

ThecomputerSimulationexperimentTheteachingapplication

实验是教学过程中的一个重要环节,很多学校都把实验教学和实验室建设放在首要位置上,然而,由于受到经费、场地和设备等的限制,实验教学并不能达到预期的效果,实验教学的质量令人担忧。

一些耗资大的实验许多学校不能开设,学生只能通过课堂上老师的讲述对实验仪器及实验操作进行想象,缺乏实际操作经验。

另外随着现在学生数量的增多,许多实验受到教室和课时的限制,在规定的时间内学生无法真正完成实验,造成实验课走过场的现象。

由于传统实验教学存在的这些弊端,实验教学必须改革以适应现代教育的发展。

当今快速发展的计算机技术为这一要求提供了途径。

一、仿真实验概述

仿真实验是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境,其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备,即可进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的,它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。

各种仿真实验一般具有以下两个基本特点：

　1.仿真性。

实验环境和实验仪器具有高度真实感,学生在计算机上进行操作如同置身于真实的实验环境,对真实的实验仪器进行操作。

2.交互性。

仿真实验使实验变成学生与计算机的双向交流,学生利用鼠标或键盘可以自由对仪器进行操作,自由选择实验内容和实验进程等,可极大限度地调动学生的学习积极性。

人们对计算机仿真实验的研究始于上世纪八十年代末,那时国外一些研究机构试图以计算机为工具,模拟一些复杂系统的运作,并对其加以控制。

如麻省理工学院（MIT）于1988年开发并投入使用了WebLab在线实验室,不仅本校的学生可以随时访问该实验室进行实验,其它高校的学生也可以。

学生只需点击“设备”菜单,就可以选择合适的仪器设备。

上世纪九十年代初,国内一些高校开始致力于计算机仿真实验的开发与研制,至今已取得了可喜成绩。

如《大学物理虚拟实验远程教学系统》英文版已在香港大学,香港中文大学进行了几年的教学实践,内地中国科技大学,北京邮电大学,中南大学等都应用了该系统;《大学物理仿真实验V2.0forWindows》也已有百所高校投入使用。

《大学物理仿真实验V2.0forWindows》曾代表中国CAI最新成果赴联合国教科文组织和美国、日本、英国等进行国际交流展示,其前身DOS版本1996年获中科院教学成果一等奖,1997年获国家教学成果二等奖,代表了国内教学软件的最新和最高水平。

随着计算机软硬件性能的不断提高,仿真实验的制作水平会不断发展,将来越来越多,越来越先进的仿真实验系统会不断出现,我们的实验教学领域也会越来越宽。

二、仿真实验的制作技术

仿真实验的制作离不开合适的计算机开发软件,随着计算机软件的飞速发展,如今可用于仿真实验制作的软件越来越多,以下是几种主要的开发软件。

1.VisualBasic。

VisualBasic是Microsoft公司1991年推出的一种功能强大,面向对象,可视化,高效快速的应用程序开发工具。

利用它读者不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置,而只要把预先建立的对象放到屏幕上去即可。

VisualBasic中引入了控件的概念,它把这些控件模式化,并且每个控件都有若干属性用来控制控件的外观及工作方法。

VisualBasic的开发领域非常宽,从个人使用的小型工具软件到大型企业的系统软件,甚至通过网络遍及全球的分布式应用软件,都可以使用VisualBasic开发,在制作仿真实验方面,VisualBasic同样能很好地胜任。

2.VisualC。

MicrosoftVisualC++6.0是运行于Windows上的交互式可视化集成开发环境,它是MicrosoftVisualStudio6.0家族的成员之一。

同其它可视化开发环境一样,VisualC++6.0集程序的代码编辑、编译、连接、调试于一体,给编程人员提供了一个完整而方便的开发界面,并提供许多有效的辅助开发工具。

VC的AppWizard可以为很大一部分类型的应用程序提供框架代码,用户不需书写代码,只需几个按扭即可生成一个完整的运行程序。

除共同的优点外,和其它可视化集成开发环境比较,VC也有相当优势。

虽然用VC做一些普通常见界面可能体现不出什么优势,甚至有时很麻烦,需要书写很多代码,但用VC做界面更灵活,尤其当用户需要制定一些特别的界面时,VC更方便。

3.VRML（VirtualRealityModelingLanguage）。

VRML是国际组织ISU/IEC推荐的虚拟现实建模语言,它不仅提供了建造虚拟现实空间所需要的二、三维图形图像模型和结构框架,而且还规定了网络的通讯规范和相应的用户交互装置,这样用户可以利用网上的服务器ö浏览器模式来设计网上虚拟实验室。

VRML由各种不同类型的节点组成,采用符合规范的VRML字符对节点的功能进行描述,然后将这些节点按照特定的场景图层次进行组合,形成ASCII文本格式的源文件,这些源文件能被VRML浏览器解释执行,从而在浏览器上显示所构3D场景。

利用VRML节点描述场景图层次的方法来构造3D虚拟空间具有灵活高效的特性。

VRML是在Internet上的模拟,用该语言编制的程序不必经过任何的编译、连接等处理,只要机器配备了VRML浏览器,就可浏览从网络上传输过来的虚拟场景。

VRML文件是ASCII码格式的文本文件,产生的文件只占很小的存储空间,因此对带宽要求低。

VRML能创建出很好的交互性,用户不仅可以在场景中随意漫步,甚至可以随时启动一个事件。

4.JAVA。

JAVA技术是基于线性系统仿真的连接矩阵方法。

JAVA语言是一种新出现的解释执行的面向对象的语言,它具有跨平台、跨操作系统等特点,具有丰富的动画表现能力,安全性和稳定性也很高,特别适合于网上仿真软件的开发。

利用JAVA技术可以轻松地创建360°实景物体和场景展示,并能模拟三维空间。

JAVA产品可在浏览器上直接浏览,不需任何插件,主要是运用JAVA的applet小程序嵌入网页。

5.Flash。

Flash是制作网络交互动画的优秀工具,针对目前网络传输速度的问题,Flash通过使用矢量图形和流式播放技术克服可这一缺陷。

基于矢量图形的Flash动画在尺寸上可以随意调整缩放,而不会影响图形文件的大小和质量。

流式技术准许用户在动画文件全部下载完之前播放已下载的部分,而在不知不觉中下载完剩余的动画;Flash提供的透明技术和物体变形技术使创建复杂的功画更容易,给Web动画设计者丰富想象提供了现实手段;交互设计则可以让您随心所欲控制动画,赋予用户更多主动权。

6.Labview。

Labview是一种先进的图形化编程语言工具,其编程的主要特点是将虚拟仪器分解成基本的功能模块,模块的引角代表输入ö输出接口,编程者可以通过交互式手段,采用图形化框图设计的方法,完成虚拟仪器的逻辑和测量分析功能设计。

Labview程序设计过程与人们设计仪器的思维过程十分相近,程序框图就实现了程序代码功能,避免了一般程序设计从框图构思到程序表示的烦琐。

Labview编程的另一优点是将软件的界面设计和功能设计独立开来,修改人机交互界面无需对整个程序进行调试,这对设计像仪器操作面板这样复杂的人机界面而言是十分方便的。

Labview还为用户提供了函数扩展功能,利用其中的CodeInterfaceNode（CIN）,可以调用C语言等传统编程语言编写的程序代码,利用CallLibraryFunction可以调用标准动态链接库。

7.EWB（ElectronicWorkbench）。

EWB译为电子工程师仿真工作室或电子工作台,是加拿大InteractiveImage公司推出的用于制作电学、电路部分仿真实验的软件。

在EWB的智能电子仿真工作平台上有万用表、函数发生器、频率计、扫频仪、八位逻辑分析仪等多种仪器,其上有元件库、电器库（指示灯、开关等）,还可以用相应软件自行建库。

使用者可随时从库中调用所需器件,将其连成所设计的电路,根据测试指标接上相关虚拟仪器,在计算机上进行实验操作。

8.MATLAB（MatrixLaboratory）。

MATLAB语言即矩阵实验室,是目前世界上较流行的一种用于科学计算的软件工具。

它集数值分析、矩阵运算、信号处理、数值统计分析、图象显示等多功能于一身,提供了一个高性能的数值计算和图形显示的科学计算软件环境。

在此环境下,人们开发了许多具有特殊用途的工具箱,如控制系统、系统辩识、信号处理、小波分析、最优控制、神经网络、鲁棒控制等。

MATLAB语言易于掌握,简洁方便,特别适合于复杂的矩阵计算。

因此,采用MATLAB语言进行矩阵运算建立系统数学模型极其简单快捷。

三、仿真实验在实验教学中的作用

1.仿真实验的运用改变了传统的实验教学模式,推进实验教学向科学化,现代化方向发展。

传统的实验教学整个过程学生在很大程度上是处于被动地位。

对于一些复杂的实验,通过老师的讲述和学生有限时间的操作,学生很难将实验仪器及实验过程完全弄清楚,更谈不上对实验进行发挥、创造和运用,因此传统的实验教学受时间和空间的限制比较大。

另外传统的实验教学模式缺少对学生兴趣的激励,实验效果大打折扣。

仿真实验将实验室搬上了计算机,学生通过操作鼠标和键盘能够了解实验仪器、实验原理、实验内容,进行实验操作,观察实验现象,收集数据,分析数据,得出结论等,其实验效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

图文并茂的仿真实验界面和较好的人机交互能力又能极大地调动学生的学习兴趣,提高学习效率。

当学校的网络虚拟实验室建好后,学生可随时通过校园网进入虚拟实验室进行实验操作,这样就使得学生上实验课非常方便,不再受时间和空间的限制。

2.节省实验经费,保证实验项目和数量。

有些实验,特别是近代的一些实验,耗资大,实验仪器昂贵,操作复杂,很多学校没有能力开设,而往往这些实验与当前先进的科学技术密切关联,是需要学生去亲眼观察,亲手实践的。

由于经费的原因不能开设,的确非常遗憾。

利用先进的计算机仿真技术可以弥补这方面的不足。

如今人们不仅能利用仿真技术模拟出各种各样实验仪器的三维图形,还能让仿真实验的操作者对仪器的关键部位进行拆除,内部部件进行解剖,在实验过程中实时观察仪器的各种指标和实验现象。

制作出来的虚拟仪器和仿真实验能够达到与真实实验类似的效果。

有了计算机和好的实验仿真软件,那些耗资大的实验同样可以开设,从而保证了实验的项目和数量。

3.仿真实验与传统实验教学相结合能大大提高实验教学质量。

仿真实验是计算机技术飞速发展的必然产物,是一种现代化的教学手段,它能弥补传统实验教学的不足,具有许多优点,但是我们也不能将实验教学完全建立在仿真实验的基础上,因为仿真实验毕竟也有自己的缺陷,比如完全用仿真实验来进行实验教学会淡化学生对真实仪器的感受,减弱学生的基本操作技能。

学生长期缺乏必要的实际操作体验无疑会影响他们的实验技能。

最理想的情况是仿真实验与传统实验相结合。

可以先用仿真实验进行预习,熟悉实验仪器、实验原理、内容和实验操作,等对实验有一定感性认识后再进行实际操作,课后学生也可用仿真实验系统对该实验进行复习,这样不仅可以加深学生对该实验的理解,提高实验质量,也能提高实验效率。

仿真实验与实际实验操作相结合是今后实验教学发展的必然趋势。

二、15篇与我选题有关的文章

1.数据库：

万方数据库

检索年限：

2000-2010检出篇数：

275

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

万方数据知识服务平台→高级搜索→题名设为：

计算机仿真实验，时间条件设为：

2000年至2010年，之后检索。

论文篇名：

纳米磨削过程中分子动力学计算机仿真实验著者：

林滨韩雪松于思远陈锡让

载文期刊名称：

天津大学学报

2000年33卷5期：

页——页

摘要：

采用分子动力学方法,建立磨粒和工件的原子模型,从分子和原子空间角度观察微量磨削过程的磨削能量消耗、应力状态、磨削力和磨削温度等,并解释了微观材料去除和表面形成机理.研究表明:

晶格重构原子与一部分非晶层原子堆积在磨粒的前上方,由于磨粒不断前移最终形成磨屑而实现材料去除;由于磨粒不断前移,处在磨粒前下方面的非晶层原子在压应力的作用下与已加工表面层断裂的原子键结合重构形成已加工表面变质层;变质层由内外两层组成,最外层是非晶层,内层是晶格变形层。

2.数据库：

万方数据库

检索年限：

1989-2010检出篇数：

275

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

万方数据知识服务平台→高级搜索→题名设为：

计算机仿真实验，时间条件设为：

2000年至2010年，之后检索。

论文篇名：

计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用著者：

谭守标霍剑青王晓蒲

载文期刊名称：

中国科学技术大学学报

2005年35卷3期：

页——页

摘要：

运用各种虚拟技术,建立了严密的大学物理仿真实验的模型.该模型具有逼真的界面和实验过程,实验可设计性良好,可操作性强.将模型应用于实际教学结合可视化的的实时交互手段,提高了实验教学的质量.这一研究为虚拟技术在计算机辅助教学领域的应用做出了有益的尝试。

3.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

维普资讯网→高级搜索→题名设为：

计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

同步检波器的计算机虚拟仿真实验著者：

黄培根

载文期刊名称：

丽水学院学报

2007年29卷2期：

82页——85页

摘要：

以同步检波器解调DSB、SSB信号为例,提出利用电子仿真软件Multisim8.0进行计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段,阐述计算机虚拟仿真的效果和结果。

4.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

“过程控制系统”的计算机仿真实验教学著者：

方清城罗中良

载文期刊名称：

电气电子教学学报

2006年28卷6期：

54页——55页,63页

摘要：

针对“过程控制系统”实验教学设备的不足，利用Matlab／Sireulink仿真软件实现对“过程控制系统”的建模，并给出了一个仿真实例来说明其使用方法。

实验结果证明，借助Matlah／Sireulink仿真软件的“过程控制系统”实验教学，不仅充分发挥学生的创造能力，提高学生的分析问题、解决问题的能力，而且解决了现阶段高校学生人数多、设备少之间的问题。

5.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

基于多Agent计算机仿真实验平台Swarm的综述著者：

曹慕昆冯玉强

载文期刊名称：

计算机应用研究

2005年22卷9期：

1页——3页,33页

摘要：

结合具体实例“热虫实验”，解释了Swarm在人工世界环境下进行计算机仿真模拟的基本思想，探讨了Swarm的主要概念和系统结构；进而以Java语言为例介绍了面向对象思想用于Swarm编程的基本情况，并对Swarm所提供的软件工具包给出了Java形式的详细说明。

6.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

刍议化工原理计算机仿真实验教学著者：

谷红兵

载文期刊名称：

太原理工大学学报：

社会科学版

2005年23卷B12期：

161页——163页

摘要：

介绍了化工原理计算机仿真实验教学，并与现场实验教学相比较，结合计算机仿真实验在化工原理实验中的具体应用，对实验室现场实验和计算机仿真实验相结合的实施方法进行了论述。

实践证明两种实验模式相结合的教学，可以取得良好的教学效果。

7.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

进化博弈的计算机仿真实验与分析著者：

王利

载文期刊名称：

首都经济贸易大学学报

2005年7卷4期：

5页——8页

摘要：

大多数经济行为都可以看作博弈论的一个特殊案例。

进化博弈理论对传统博弈论做出了改进，它能够对群体行为随着时间的推移提供动态描述。

本文介绍了通过计算机模拟实验对进化博弈理论的特点所进行的验证分析，详细描述了模型，并对实验结果进行了讨论分析。

本文将有助于充分理解进化博弈论的基本特性，为在经济研究中的应用提供基础。

8.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

信号扩散算法在计算机硬件仿真实验系统中的实现著者：

蔡妙娴杨路明

载文期刊名称：

计算机与数字工程

2005年33卷6期：

127页——130页

摘要：

为了更加有效的管理在计算机硬件仿真实验系统中的信号扩散，本文提出了一种信号扩散算法。

算法在实验准备阶段将实验逻辑图转化成为图结构存储，并计算出各器件的信号处理代价；在实验运行期间，利用优先级队列的调度器件的启动顺序，从而动态规划信号的扩散次序。

算法的时间复杂度理论分析及对比实验均证明，该算法有效减少了信号在器件中的无效重复扩散，降低了器件工作函数的启动次数，使信号扩散时的时间复杂度得到了极大的改善，大幅提高了实验的响应速度并降低了对系统资源的占用。

9.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

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1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用著者：

谭守标霍剑青王晓蒲

载文期刊名称：

中国科学技术大学学报

2005年35卷3期：

429页——433页

摘要：

运用各种虚拟技术，建立了严密的大学物理仿真实验的模型．该模型具有逼真的界面和实验过程，实验可设计性良好，可操作性强．将模型应用于实际教学结合可视化的的实时交互手段，提高了实验教学的质量．这一研究为虚拟技术在计算机辅助教学领域的应用做出了有益的尝试．

10.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

隔墙隔音效果的计算机仿真实验著者：

田力余嘉顺唐红

载文期刊名称：

系统仿真学报

2005年17卷10期：

2564页——2566页,2570页

摘要：

利用对时间二阶导数的二阶中心差分和空间二阶导数的四阶中心差分将二维声波方程离散化，形成一个模拟声音传播过程的计算方案，并在Windows2000平台上用C＋＋开发程序予以实现。

通过对无阻隔的空气模型，空气中的砖墙模型以及空气中的双层木板隔墙模型上的声传播过程的数字仿真模拟，验证了软件的可行性，同时了解到声音在这三个模型所代表的建筑环境中的传播特点，此实验证实了砖墙隔音效果优于木板墙的直觉体验。

11.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

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计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

计算机仿真实验在物理实验教学中的应用著者：

赵爱清王燕红

载文期刊名称：

技术物理教学

2009年17卷1期：

28页——29页

摘要：

1大学物理实验课的特点物理实验的课前预习非常重要．但由于实验条件有限，学生预习时，只能根据教材对实验做出初步的了解，而对实验过程、实验仪器的操作并不能很好地把握．对一些操作难度大的实验，如分光计，密立根油滴等实验，如果只简单地预习一下教材上的知识，很难理解仪器原理，更不可能掌握仪器的操作步骤．由于缺乏高质量的课前预习，使难度较大、操作复杂的实验很难在规定的时间内完成．

12.数据库：

维普资讯网

检索年限：

1989-2010检出篇数：

90

检索词（式）：

计算机仿真实验

检索过程（步骤）：

维普资讯网→高级搜索→题名设为：

计算机仿真实验，时间条件设为：

1989年至2010年，之后检索。

论文篇名：

用计算机实现二极管包络检波的仿真实验著者：

黄培根

载文期刊名称：

丽水学院学报

2009年31卷5期：

97页——100页

摘要：

利用最新电子仿真软件Multisim10进行二极管包络检波虚拟实验，具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。

计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段，是一种很好的选择，可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解，从而达到提高高频电子线