基于组件的可设计性虚拟实验的构建与实现

摘要

计算机仿真实验充分利用了计算机的优势，应用多媒体、图像处理、人工智能等技术，对物理实验进行了仿真，开辟了计算机应用的新领域：计算机仿真实验将实验仪器、教师指导教学、教科书与实验者融为一体，给学生提供了独立自主的学习环境，开创了物理实验教学的新模式，在大学实验教学中获得广泛应用。进一步提高仿真实验的设计性，给使用者更多的自主性与参与性，是仿真实验研究发展的新方向。 大学物理仿真实验应用控制理论和人工智能原理，建立了虚拟实验的模型和实验环境，实验者可操作虚拟仪器完成各项实验内容。在此基础上开发的大学物理远程实验教学系统以及基于WEB的大学物理仿真实验在实现远程实验教学，丰富教学资源和改善实验教学环境中发挥了重要作用。由于目前仿真实验系统是以单个实验为基础，实验环境与实验仪器存在着依赖关系，因此用户不能根掘自己的设计方案，选择实验仪器来完成实验。构建可设计性虚拟实验，使实验者根据自己的设计思想、设计方案选择仪器，完成实验，有效地培养实验者的自主学习能力和创新能力是当前亟待解决的课题。 本文应用组件技术和动态绑定思想构建设计性虚拟实验，将实验仪器从现有的实验环境中独立出来，形成一组可复用的组件，并单独设计描述实验环境和处理仪器间交互关系的实验平台作为实验仪器组件的容器。实验平台根据实验者设计的实验方案组装实验仪器，建立动态环境和仪器的交互关系，完成不同的实验。本论文以测光速实验为例阐述了基于组件的可设计性虚拟实验的设计原理和实现方法。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2虚拟实验和虚拟仪器的发展与研究现状

1.3研究内容和主要目标：构建可设计性的虚拟实验

1.4本文的章节组织

第二章基于组件开发虚拟实验的设计思想和构建原理

2.1基于组件开发虚拟实验的理论基础

2.1.1软件体系结构的兴起与发展

2.1.2软件复用与虚拟实验开发

2.1.3虚拟实验的组件化与系统框架的建立

2.2基于组件开发虚拟实验的系统架构

2.2.1组件和组件库

2.2.2组件设计与组件的信息保存

2.2.3虚拟实验系统的健壮性分析

第三章虚拟实验开发过程中采用的技术及应用

3.1 UI-Model 体系结构

3.1.1 UI-Model 体系结构简介

3.1.2 UI-Model 体系架构在虚拟实验开发中的应用

3.2动态绑定技术

3.2.1动态绑定技术简介

3.2.2动态绑定技术在虚拟实验开发中的应用

3.3面向接口技术

3.3.1面向接口编程简介

3.3.2面向接口编程技术在虚拟实验开发中的应用

第四章基于组件的虚拟实验的构建与实现

4.1虚拟实验开发环境

4.2开发流程规范

4.3虚拟实验系统设计

4.3.1可设计性虚拟实验的架构

4.3.2实验算法和算法接口的设计

4.3.3设计性实验的构建步骤

4.4测光速实验的实现

4.4.1测光速实验的物理原理

4.4.2测光速虚拟实验的构建

第五章总结与展望

5.1本文的主要研究成果

5.2进一步的工作

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文