具有智能化指导系统的仿真实验的设计与实现

论文摘要

计算机虚拟技术是一种对现实进行数字化处理的计算机综合技术,20世纪末以来,随着计算机虚拟技术在教学中的应用,教学模式和教学方法得到了前所未有的发展。以中国科学技术大学为代表的大学物理仿真实验教学系统,得到了广泛的应用[1],并得到国内外专家的广泛赞誉。在实现个性化教育、培养创新性人才方面发挥了重要的作用。近年来,提出的基于UI-Model的体系结构[2,3]和基于动态绑定的设计方法[4],降低了虚拟仪器和实验的耦合度,提高了仪器的复用性。从而让学生能够根据自己的设计思想,选择不同的实验仪器、不同的参数,自主设定实验方案来完成实验,把虚拟实验提到了一个新的高度,可以在更广泛的实验和教学领域中得到应用。设计性实验要求学生自主学习,自主设计实验方案。当学生做可设计性虚拟实验的时候,由于学生自主设计实验方案以及实验操作灵活复杂,操作结果难以意料,难以给出全面有效的指导,因此需要一个智能指导系统来辅助教学。本文针对对自主完成虚拟实验的学生进行实时指导,设计了一个智能指导系统,把专家系统应用到可设计性仿真实验中。系统根据实验过程的特点构建了表达实验操作,实验中间状态和实验现象的三层分层知识库。这是规则提取的一个统一的标准和原则。采用混合推理机制的推理机,用优先级和可信度区分指导信息的重要性,实现了指导信息的合理全面性,该系统能有效地指导学生完成设计性虚拟实验。使得设计性虚拟实验能够在教学中的得到更好的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 当前研究的基本状况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文的组织
• 第2章 可设计性仿真实验的发展
• 2.1 面向对象技术DEPHI 简介
• 2.2 可设计性虚拟实验的特点
• 2.2.1 UI-Model 体系结构
• 2.2.2 基于动态绑定的设计方法
• 2.3 当前可设计性实验面临的主要问题
• 2.4 可设计性实验的构建思想
• 2.5 本章小结
• 第3章 可设计性实验的设计与实现
• 3.1 氢氘光谱的设计与实现
• 3.1.1 氢氘光谱的实验原理
• 3.1.2 氢氘光谱的建模
• 3.2 超声光栅的设计与实现
• 3.2.1 超声光栅实验原理
• 3.2.2 超声光栅的建模
• 3.2.3 超声光栅中的图像建模
• 3.2.4 超声光栅中的数学建模
• 3.3 本章小结
• 第4章 智能化指导系统的开发与实现
• 4.1 智能指导系统的结构
• 4.2 知识库的设计和建立
• 4.2.1 知识的表示方法
• 4.2.2 一阶词谓逻辑表示法
• 4.2.3 产生式规则表示法
• 4.2.4 框架表示法
• 4.2.5 语义网络表示法
• 4.2.6 面向对象表示法
• 4.2.7 Petri 网表示法
• 4.2.8 智能指导系统中知识的表示方法
• 4.3 规则的提取原则和实现
• 4.3.1 规则的提取原则
• 4.3.2 规则的代码实现
• 4.3.3 知识库的管理
• 4.4 推理机的设计和建立
• 4.4.1 推理机的工作的一般流程
• 4.4.2 推理机的推理机制
• 4.4.3 正向推理
• 4.4.4 反向推理
• 4.4.5 混合推理
• 4.4.6 可设计性仿真实验中推理机的搜索策略
• 4.5 本章小结
• 第5章 具有智能化指导系统的超声光栅的设计与实现
• 5.1 指导系统在超声光栅中的实现
• 5.1.1 超声光栅中知识库的建立
• 5.1.2 超声光栅中推理机的实现
• 5.1.3 超声光栅中的实时指导
• 5.2 本章小结
• 第6章 全文总结及展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果