计算机网络原理实验二(共8篇)
【实验目的】
了解局域网共享介质访问控制方式的必要性和重要性,掌握此类算法分析和设计的基本思路;进一步理解、掌握算法CSMA/CD基本原理,理解CSMA/CD算法;掌握所选的编程环境及编程调试的方法。
【实验内容】
用MATLAB编写一个仿真站点随机访问共享10Mbps信道的CSMA访问控制程序。要求画图分析比较站点数(即网络负载)对网络吞吐量的影响。
【实验原理】
CSMA/CD原理(参见教材)。
【实验步骤】
1.复习CSMA工作原理,掌握此种局域网共享介质访问控制方式工作过程;
2.按实验内容要求设计程序框图;
3.按程序框图进行编码调试;
4.运行程序,观察分析实验结果,并进行必要的改进;
5.撰写实验报告。
请大家自行安装MATLAB软件
关键词:网络实验室,网络原理实验,教学研究
随着网络信息的迅速发展,计算机专业人才需求量越来越大,计算机网络原理课程是计算机专业的核心课程,同时也是一门理论与实践结合非常紧密的一门课程。计算机网络原理的理论知识复杂、繁多,不利于学生的理解,各高校往往会开设一门网络原理实验课程作为理论课程的补充,网络原理实验通过实验的锻炼加深了学生对理论知识的理解,这也为学生毕业走入社会打下了基础,提升了学生的个人的社会竞争力[1,2,3]。
1网络原理实验教学现状
实验教学在培养高素质人才中起到至关重要的作用[4]。计算机网络原理实验重点的内容就是把计算机网络的理论知识真正用到组网和实际的网络使用中。通过实验,培养学生在网络管理、维护等方面的实际动手能力。主要实验内容有:
1) 网线的制作与测试、组建对等以太网等。
2) 交换机端口的配置、交换机VLAN的配置等。
3) 路由器基础配置、静态路由、动态路由配置等实验。
4) 生成树协议、 HDLC及PPP协议等。
目前国内各高校开设的计算机网络原理理论课程大同小异,而网络原理实验课程受到学校网络实验室等资源的限制, 各个高校的教学形式存在一定的差异,大体可以分为以下两类:一部分高校具备一定的条件建立了网络实验室,实验室配置一部分交换机、路由器、PC机等;另一部分高校不具备网络实验室的条件,采取虚拟软件的方式开设网络原理实验课程的教学。
对于一些现有的网络实验室来说,由于网络原理实验的特点,网络设备损坏率较高,网络相关的许多实验需要通过学生手动操作,对接口的插拔调试等,一定程度上缩短了设备的使用寿命,同时加大了实验室管理的难度。另一方面,一些网络实验由于自身对网络设备具有的破坏性,从而无法在现实的实验室完成实验。
对没有网络实验室的高校而言,使用免费虚拟软件教学成为了主要解决方案[5,6,7,8]。这虽然节约了设备资源,但是学生一直使用的是虚拟化的设备,难免给学生到了实际应用当中无法适应,甚至都无法辨识出实际的网络设备,就更谈不上对实际的网络设备进行配置使用等。
2建设实验室
为了解决网络原理实验等课程的教学缺陷问题,以及目前大部分的实验室的弊端问题,让学生能够在一个真实的环境下完成实验,同时还要减免许多插拔网线等耗费的时间,我院与锐捷网络公司合作,建成网络实验室。网络拓扑图如图1所示,实验室共有8组机柜,每组6个机位,可同时供48名同学同时上机实验,每组机柜设备有路由器2台、三层交换机1台、二层交换机2台、防火墙1台、无线设备1台、拓扑连接器1台、设备管理控制器1台,整个实验室共享实验室管理服务器1台。 在已有硬件设备条件下,引入半实物仿真系统RG-LIMP实验室综合管理系统,可实现的主要功能如图2所示。通过拓扑连接器(如图3所示)配合RG-LIMP将图形化设计的拓扑结构转化成真实设备的拓扑搭建,不但保护了设备端口、缩短了拓扑搭建时间、实现了真正的远程实验,还可以让学生看到真正的网络设备,了解其真实特性。
RG-LIMP采用B/S的软件架构,基于WEB浏览器访问,它的特点是可以实现“Any where、Any PC”的管理和使用,学生和教师在宿舍、办公室就可以远程预习、备课等。RG-LIMP平台提供了实验学生、实验设备、实验资料、实验课程、实验结果于一体的管理功能。使得学生能够清晰明白实验内容、实验原理、实验目的等,而教师也可以及时的查看到学生的实验结果, 做出针对性的指导,同时,教师在学生进入实验室以后能够有效控制实验学生行为、自动分配和控制实验设备、方便的分发实验资料,教师自身也可以合理的安排实验课程。学生可以在任何地方通过网络浏览器访问系统,完成相关的预习(如图4所示),而教师可以在办公室远程管理,甚至可以在家里处理学生的作业和实验报告。
3实验教学的改进与改革
1)教师教学的改进
教师在教学过程中承担着指导、引导、答疑的关键作用,在每次课前可以通过RG-LIMP平台向学生发布即将要讲授的内容以供学生在宿舍或任何联网的地方进行预习,当学生进入实验室后,在实验操作之前,简要讲授计算机网络原理理论课程知识,结合学生的预习情况,重点提出本次实验的目的、任务、 内容及完成实验的要求,同时在实验过程中,融入到学生中,与学生面对面交流、操作,对学生遇到的问题及时解决,帮助学生完成和完善整个实验内容。实验课后,认真检查学生的实验报告情况,在下一次课前解答学生们的实验报告的问题,同时也提升教师个人的教学经验。
2)学生实验学习的改革
学生在课前需要通过RG-LIMP平台查阅指导教师发布的课前预习内容,可以远程登录系统预习实验内容,认真记录实验过程中的问题,进入实验室以后,可以实际的认识到网络设备,利用管理系统完成指导老师布置的实验任务,有针对性的请教指导教师完善实验内容。由于网络实验的复杂性,一人一套设备在实际情况下是不可行的,同时也是没有必要的,按照每组6名同学的分组方式(也可根据实际人数情况,分为3-4人每组)让学生以团队的形式完成实验的内容,加快了学生完成实验的进度,降低了学生个人完成整个网络实验的难度,同时增强了学生的团队合作意识。另外,学生完成实验后,需要撰写实验报告,养成良好的学习习惯,及时总结实验过程中遇到的问题及心得,以获得知识的再吸收,提升个人的知识储备。
3)实验内容的改进
计算机网络原理实验的特殊性,如果全部使用实物进行实验,实际情况下无法保证,另外,部分实验项目对实验设备也具备一定的破坏性;如果完全使用虚拟软件完成网络原理实验, 必然让学生无实物感,从而影响学生们的学习兴趣。我们采用一种半实物仿真的教学方式,不但让学生能看到实实在在的网络设备,同时还可以通过RG-LIMP管理平台对这些真实存在的网络设备进行操作,高效的完成实验的同时保护了设备,带来多方面的好处。同时,可以利用管理平台进行更多的扩展实验内容,扩大了学生的视野,提升学生的创新能力。
4结束语
关键词:实验模拟;计算机组成;面向对象
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2012)03-0069-03
一、引言
“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门核心专业必修课。该门课程的理论性、工程性、实践性都很强。因此,在搞好课堂教学的同时,必须对实验教学环节给予足够的重视。把实验教学看作是提高学生动手能力和实施素质教育的一个途径。目前,我校采用的是西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+实验箱,在实验开展过程中,由于实验的理论知识综合、电路复杂、元器件多、连线密度高、操作步骤逻辑性强、调试困难等原因,都会造成获得预期实验结果的周期长或实验结果的失败,从而影响课堂时间内实验得出的效果,同时也影响了学生动手操作实验的积极性。
综上所述。本研究提出了面向对象的计算机组成原理实验的软件模拟,以面向对象的思想,借助于图形,图像和模拟技术,在计算机上实现计算机组成原理实验的基础实验环境、操作对象、操作过程,达到减少实验结果周期、降低实验操作过程出错率的研究目标。
二、系统模拟总体设计思想
计算机组成原理实验软件模拟系统主要包含输入模块、控制模块(实验处理模块)、输出模块,其中输入、输出模块是直观的显示模块,控制模块是由一个或若干个功能芯片组成的一个功能模块。因此,以面向对象的思想,可以将每个功能芯片设计成一个Public功能函数,然后在软件模型中直接调用一个或多个芯片的功能函数实现特定的控制模块功能。输入、输出模块相对简单,计算机组成原理实验输入、输出一般都以4~8位的二进制方式给出,为了更好地让学生理解二进制在计算机系统中的运算规则,设计采用以一个8位数组表示8位二进制的方法,通过算法来实现若干位二进制的逻辑运算与算术运算。模型模拟采用面向对象开发工具Delphi来实现。
三、建模过程
1.实验原理
计算机组成原理实验分为验证性实验与设计性实验,本研究为了更加具体地达到建模的效果,以计算机组成原理实验中的算术逻辑运算验证性实验为初步建模对象。
算术逻辑运算实验数据通路图如图1所示,主要包含两个74LS181芯片、两个74LS273芯片、一个74LS245芯片,74LS181芯片为8位字长的运算器,74LS273芯片为8位字长的数据暂存器,7413245芯片是一个三态门,用来控制总线上的数据输出。
算术逻辑运算实验的实验过程是通过输入开关形成2个8位二进制数分别置入DR1(74LS273芯片1),DR2(74LS273芯片2),然后通过改变运算器的控制位,观察运算器输出在总线的结果。
2.输入输出模块的模拟
算术逻辑运算实验的输入输出都通过8个发光二极管来显示,灯灭为1,灯亮为0,因此,可以从二极管位置定位与二极管显示状态控制,这两个方面来实现输入输出的模拟功能,二极管位置定位在Delphi开发平台中可以由数学函数Sqr函数来实现,二极管显示状态可以通过图像笔刷函数ImageDrawRound与ImageClearRound来实现。
第一步,通过图形设计工具PhotoShop设计8个二极管显示灯图片,如图2所示。在程序窗口中,通过Image控件来布置8个二极管图片,用坐标来定位某个二极管所在位置。在输入模块中,假设鼠标点击在窗口中的坐标为(X,Y),一个圆形二极管的图片半径为Z,那么可以根据第N个二极管坐标范围Sqr(X-N*z)+Sqr(Y-z)<=Sqr(z)来判断当前鼠标点击选中的是D7到DO当中的哪个二极管显示灯,通过鼠标动作事件转换当前二极管显示状态。显示灯区域坐标得到准确定位,就可以用Im-ageDrawRound函数与ImageClearRound函数控制显示灯的亮、灭状态,具体算法如程序代码清单1所示。
代码清单1:
if Sqr(X-Z)+Sqr(Y-Z)<=Sqr(Z)then ∥以第一个二极管举例
begin
if InputDR1[1]=1 then ∥二极管初始显示状态为灭时
begin ∥鼠标单击第一个二极管时,改变二极管显示为灯亮
InputDR1[1]:=0;
Image2DrawRound(0,0,25,25,clred);
end
else if InputDR1[1]=0 then ∥二极管初始显示状态为亮时
begin ∥鼠标单击第一个二极管时,改变二极管显示为灯灭
InputDR1[1]:=1;
Image2ClearRound(0,O,25,25);
end
end
同理,可设计输出模块中的显示灯模拟、控制模块中的控制灯模拟。在代码清单1中举例的是第一个二极管的输入显示控制,InputDR1表示一个数组,实现存储器DR1的存储功能,用来存放输入的第一个8位二进制数。
3.控制与运算模块的模拟
在算术逻辑运算实验中,分别由74LS181的控制位S3、S2、S1、S0、M、Cn来控制74LS181运算器的运算方式。控制位S3、S2、S1、S0、M、Cn也是一组二极管显示灯。可以用3.2输入输出模块模拟的设计思路实现。74LS181运算器的运算方式分为无进位算术运算、有进位算术运算、逻辑运算,分别通过6个控制位控制,参见表1所示,因此需要多个条件算法设计74LS181运算器芯片的功能。
74LS181逻辑功能总共有16种逻辑功能。因篇幅限制表1只列出一部分的功能。通过表1分析可知,A与B代表的是图2中InputDevice模块输入的2组8位二进制数,F是运算器的结果,在6个控制位的控制下,出现不同的运算规则。因此设计一个74LS181芯片的功能函数包含具有16种逻辑功能子过程,在软件模拟模型中得到TDN-CM+实验箱正确操作得到结果相一致,那就说明74LS181芯片软件模拟是可行的。
详细分析表1的运算规则。每组运算都是以下几个运算的组合:非运算、与运算、或运算、异或运算,根据它们的运算规则,可以设计如表2所示的程序算法达到对应运算的功能。
基于表2,结合表1,就可以根据控制位S3、S2、S1、SO、Cn、M的控制条件,设计出相对应的算术运算与逻辑运算的运算组合,然后把最终结果存储在一个输出数组中,最后通过3.2小节输入输出模块模拟的设计思路,把运算结果显示在总线上的8个二极管显示灯中,达到TDN-CM+实验箱的同等显示效果。
四、研究总结
本文通过计算机组成原理算术与逻辑运算实验的原理分析,以面向对象的思路,用图形/图像的可视方法进行了系统模拟。软件模拟模型在计算机组成原理课堂实验中辅助TDN-CM+实验箱操作实验起到了很好的作用,并且验证实验效果准确高效。在今后的研究中,以模拟具体实验为步骤,逐步完善整个TDN-CM+实验箱的模拟功能。
参考文献:
[1]周克峰,杨军,孙静,谢戈.计算机组成原理实验的模拟技术研究[J].云南民族大学学报,2004,13(3):236-240.
[2]杨小龙.计算机组成原理与系统结构实验教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.
[3]卢贤玲,杨艳,李景峰.计算机组成原理网上虚拟实验系统的建模与实现[J].郑州大学学报,2006,38(3):39-42.
[4]明日科技Delphi函数参考大全[M].北京:人民邮电出版社,2006.
[5]董玉德,赵韩,孙街亭.面向对象的程序设计方法与技术:Delphi语言[M].北京:清华大学出版社,2008.
[6]梁水,赛奎春.Delphi开发典型模块大全[M].北京:人民邮电出版社,2009.
通过学习这次的计算机原理实验课,我学到了很多东西。我基本上掌握了QuartusII 5.0软件的图形编辑、编译、仿真的设计流程。目前对74181、74182、74273、74244功能部件也比较了解。下面,我谈谈自己在实验中遇到的问题。
因为上学期在上数字与逻辑实验课的时候,对QuartusII 5.0软件已有了一定的了解,在第一次实验时,我对此软件运用的较熟练,但是还是遗忘了一些,于是请求了老师的指导。连线方面老师说最好用命名的方式,因为直接连线的话容易出错,不方便。命名数据和地址的时候,老师提醒过要用数组的形势,但是不知道为什么,在波形仿真的时候总是说出错了,经过我们的深入探讨,最终发现是我们的数组命名出错了,我们的做法是Q[15..0],Q1、Q2、Q3……正确的方法是Q[15..0],Q[1]、Q[2]、Q[3]……我们没有加中括号,这是我们第一次实验的主要问题,虽然是一个很简单的问题,但是却困扰了我们一节课。
第二次实验,我们提前来到了实验室,因为在上课前用自己的电脑准备过,所以此次试验进行的很顺利,但是还是在最后波形仿真的时候,结果就是和预想的不一样,我们百思不得其解,结果就这样浪费了很多时间,最后还是没有想出问题所在,便向老师求助。在老师的帮助下我们找到了错误的地方,原来在波形仿真的时候,给两个使能端有效的顺序反了,才导致了这一结果。之后改正错误,实验圆满结束。
自此之后的实验我们就得心应手了,没有什么大的问题出现,最终顺利完成了所有的实验。
实验题目:
进位、移位控制实验
实验目的:
(1)了解带进位控制的运算器的组成结构;(2)验证带进位控制的运算器的功能。(3)了解移位发生器74LS299的功能;(4)验证移位控制电路的组合功能。实验主要步骤:
一、进位
(1)按图1.2-2连接实验电路并检查无误。(2)打开电源开关。
(3)用输入开关向暂存器DR1和DR2置数,方法同前。
(4)关闭数据输入三态门(SW-B=1),打开ALU输出三态门(ALU-B=0),并使LDDR1=0、LDDR2=0,关闭寄存器打入控制门。
(5)对进位标志清零。实验板上“SWITCH UNIT”单元中的CLR开关为标志CY、ZI的清零开关,它为零状态时是清零状态,所以将此开关做1→0→1操作,即可使标志位清零。
注意:进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“0”,无进位;标志指示灯CY灭时表示进位为“1”,有进位。
图1.2-1 带进位运算器通路图
图1.2-2 带进位运算实验接线图
(6)验证带进位运算及进位锁存功能。使Cn=1,AR=0,进行带进位算术运算。例如,做加法运算,使ALU-B=0,S3、S2、S1、S0、M的状态为1、0、0、1、0,此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志的和,但这时的进位状态位还没有打入进位锁存器中,(它是要靠T4节拍来打入的。)这个结果是否有进位产生,则要按动微动开关KK2,若进位标志灯亮,则无进位,反之则有进位。因为做加法运算时数据总线一直显示的数据为DR1+DR2+CY,所以当有进位输入到进位锁存器时,总线显示的数据将为加上当前进位锁存器中锁存的进位的结果。
二、移位
(1)按图1.3-2连接实验电路并检查无误。(2)打开电源开关。(3)向移位寄存器置数。
①拨动输入开关,形成二进制数01101011(或其它数值)。
②使SWITCH UNIT单元中的开关SW-B=0,打开数据输入三态门。③使S0=
1、S1=1,并按动微动开关KK2,则将二进制数01101011置入了移位寄存器。
④使SW-B=1,关闭数据输入三态门。(4)移位运算操作。
①参照表1.3-1中的内容,先将S1、S0置为0、0,检查移位寄存器单元装入的数是否正确,然后通过改变S0、S1、M、299-B的状态,并按动微动开关KK2,观察移位结果。
②根据移位控制电路功能表1.3-1中的内容,分析移位运算的结果是否正确。
图1.3-2 移位运算实验接线图
实验结果: 一.进位
向DR1中置入80H 向DR2中置入 80H CY初始位置为亮 0 加法完成后 CY为灭总线显示01H 二.移位
输入00011000 移位后 00110000 心得体会:
上机实验报告
学院:环境与测绘学院
学号: 07113021
姓名: 田孟浩
班级:测绘11-3班
2011-11-11 实验
一、地图扫描矢量化
一、实验目的
1、熟悉Cass、AutoCAD制图环境。
2、掌握在计算机制图中扫描矢量化处理。
3、掌握用南方Cass、AutoCAD制图软件扫描矢量化的基本步骤与基本方法。
4、进一步对计算机制图课堂知识加深了解。
二、实验原理
扫描矢量化的基本原理是对各种类型的数字工作底图如纸质地图、黑图或聚酯薄膜图,使用扫描仪及相关扫描图像处理软件,把底图转化为光栅图像,对光栅图像进行诸如点处理、区处 理、桢处理、几何处理等,在此基础上对光栅图像进行矢量化处理和编辑,包括图像二值化、黑白 反转、线细化、噪声消除、结点断开、断线连接等。这些处理由专业扫描图像处理软件进行,其中 区处理是二值图像处理(如线细化)的基础,而几何处理则是进行图像坐标纠正处理的基础,通过处 理达到提高影像质量的目的。然后利用软件矢量化的功能,采用交互矢量化或自动矢量化的方式,对地图的各类要素进行矢量化,并对矢量化结果进行编辑整理,存储在计算机中,最终获得矢量化 数据,即数字化地图,完成扫描矢量化的过程。
数据采集是数字化图最重要的工作,在数字化过程中各种地物的数字化均有自身特点,因而,在数字化作业时必须充分考虑各种类型地物的特点进行数据采集。
对于点状类符号(如独立地物符号),仅需采集符号的定位点数据;对折线类型的线状符号只 需采集各转折点数据;曲线类型的线状符号,只对其特征点的数据进行采集,由程序自动拟合为曲 线,特征点的选择同地形测图时的方法相同,曲线上明显的转弯点等均是特征点。对于斜坡、陡坎、围墙、栏杆等有方向性的线状类符号,数据的采集要结合图式符号库的具体算法进行,数据采集只 在定位线上进行,采集数据的前进方向的选择要按软件图式符号库的规定进行,如规定有方向性的 线状类符号的短毛线或小符号在前进方向右侧(或左侧),由此可结合图上符号的具体位置决定数 据采集的前进方向;对面状类符号,则只需采集在其轮廓线上的拐点或特征点。面状符号内部有填 充符号时,面状符号的轮廓线必须闭合。
在地图地物符号采集时,为保证采集的点位数据的正确性,必须掌握地物符号的定位点、定位线的基本知识,知道各地物符号的定位点、定位线在地物中的位置。
(1)图式符号中的比例符号。对轮廓较大的地物,如湖泊、草地、林地、房屋等,其形状按实 测点(特征点)位置,再据图式配置规定的符号,据测图比例尺缩绘即可。
(2)图式符号中非比例符号。对轮廓较小而无法按测图比例尺将其形状和大小缩绘到图上的地 物,而按测图要求又不能省略的地物,如测量控制点、独立树、烟囱等,其在图上的表示是按图式 规定统一符号进行的,这类所谓非比例符号的定位点、定位线的位置会因地物不同而异,特征点数 据采集时应加以注意,有关应注意的问题综合如下:① 类似三角点、导线点、检查井等圆形、矩形、三角形等几何图形符号,图形的几何中心为其定位点。② 蒙古包、烟囱、独立石类的宽底符号,其 底线为定位线,底线中心为定位点。③ 风车、路标等类的底部为直角形的符号,其底部直角的顶点 为定位点。④ 气象站、雷达站、无线电杆等类地物的定位点,在其下方图形的中心点或交叉点。⑤ 窑、亭、山筒等下方没有宽点或直角顶点的不规则符号,不依比例尺表示的,定位点在其下方 两端点间连线的中心点。⑥ 不依比例尺表示的其他符号如桥梁、水闸、挡水坝、溶斗等,定位点在 符号的中心点⑦ 半比例符号如通讯线路、窄道路、管道等一些带状延伸的地物,其长度可按比例尺 缩绘在图上,而宽度却因尺寸太小无法缩绘,即所谓线状符号,其图形的几何中心线即为该类符号 的定位线。地物在绘制时用比例符号、非比例符号还是线状符号表示,是由测图比例尺决定的,比 例尺大时,宽度较小的地物也可按比例绘制,大比例尺地图中用比例符号的地物多,比例尺小时许 多地物无法按比例表示,在图中就变成线状符号。
三、实验数据
在本次实验中,我所用实验数据为王老师提供的Tif格式的地形图中第四幅地图,数据如下:
四、实验步骤
运行南方Cass软件,在Cass中载入数据:
步骤:工具->光栅图像->插入图像。
图象纠正,对图象进行变形纠正并赋以坐标:
步骤:工具->光栅图像->图像纠正。图像纠正完毕后,进行矢量化处理(1)对线状要素数字化:
对于线状要素,首先点击多段线命令,然后在图上选择要素的特征点,连成多段线。
对于曲线部分,用折线段来替代,曲率小时取点较少,大时可多取些点,尽量避免冗余数据。
数据采集要尽量与原图保持一致,但要识别出原图中模糊、毛刺、斑点等质量问题,做到精益求精。数字化时,要正确划分要素个体,不要多个要素连成一体,也不要单一要素分成若干段。对于能用线状符号描述的,只需数字化符号的中心线或控制线、边界线即可;不能用符号描述的,可以整体数字化。数字化时,有时找中心线很困难,可以沿着某边数字化,完成后再整体平移到中心线处。数字化具有平行、垂直、相交、相切、相连等关系的要素,需要使用捕捉功能,以及复制、镜象、旋转等操作,保证要素的精确、完整。
(2)对面状要素数字化:
对于面状要素,首先点击多段线命令,然后在图上选择面域边界的特征点,连成闭合的多段线。对面状要素,数字化为闭合的多段线,一定在结束时选择闭合命令,或在多段线属性中选择闭合,首尾点重合不表示闭合。数据点的采集要符合实际,如房屋的墙体一般是平直的,并且前后面保持平行,对于共用边界,要严格保证边界的一致,不要出现空洞、交叠的现象,做到不重、不漏。可以采用捕捉、复制等手段。对于不同层要素,也要注意相互的关系,点与线、线与线,线与面,面与面等的关系是否正确。
(3)对点状要素数字化:
对于点状要素,数字化为点,点的采集要尽量位于要素中心,可以适当放大要素。
五、成果截图
六、实验体会
通过本次试验我熟悉了AutoCAD制图环境;掌握在计算机制图中扫描矢量化处理;掌握用南方Cass制图软件扫描矢量化的基本步骤与基本方法;进一步对计算机制图课堂知识加深了解。本次实验我在实验过程中遇到了许多问题,比如说如何加图幅、图名、图框,辨认地形图上不清晰的地物符号、文字,最终经过请教同学和老师最终操作问题得以解决。受益匪浅!
实验
二、构建TIN-生成等高线
一、实验目的
2、熟悉Cass、AutoCAD制图环境。
5、掌握在计算机制图中生成等高线处理。
6、掌握用南方Cass、AutoCAD制图软件构建TIN的基本步骤与基本方法。
7、进一步对计算机制图课堂知识加深了解。
二、实验数据
本次实验中我用的是第六幅图
三、实验过程
通过本菜单可建立数字地面模型,计算并绘制等高线或等深线,自动切除穿建筑物、陡坎、高程注记的等高线。
1.建立DTM 功能:建立三角网。
操作过程:左键点击菜单,弹出如图1-133所示对话框,首先选择建立DTM的方式,分为两种:由数据文件生成和由图面高程点生成,如果选择由数据文件生成,则在坐标数据文件名中选择坐标数据文件;如果选择由图面高程点生成,则在绘图区选择参加建立DTM的高程点。然后选择结果显示,分为三种:显示建三角网结果、显示建三角网过程和不显示三角网。最后选择在建立DTM的过程中是否考虑陡坎和地性线。
2.图面完善
功能:利用“图面DTM完善”即可将各个独立的DTM模型自动重组在一起,而不必进行数据的合并后再重新建立DTM模型。
操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:选择要处理的高程点、控制点及三角网:选择需要建网的点或三角网。3.删除三角形
功能:当发现某些三角形内不应该有等高线穿过时,就可以用该功能删去它。注意各三角形都和邻近的三角形重边。
操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:select objects: 用鼠标在三角网上选取待删除的三角形后回车或按鼠标右键,三角形消失。当您修改完确认无误后,必需进行修改结果存盘。4.过滤三角形
功能:将不符合要求的三角形过滤掉。操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:请输入最小角度:(0-30)<10度> 在0-30度之间设定一个角度,若三角形中有小于此设定角度的角,则此三角形会被系统删除掉。请输入三角形最大边长最多大于最小边长的倍数:<10.0倍> 设定一个倍数,若三角形最大边长与最小边长之比大于此倍数,则此三角形会被系统删除掉。5.增加三角形
功能:将未连成三角形的三个地形点(测点)连成一个三角形。操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:依次为顶点1:顶点2:顶点3: 用鼠标在屏幕上指定,系统自动将捕捉模式设为捕捉交点,以便指定已有三角形的顶点。增加的三角形的颜色为蓝色,以便和其他三角形区别。当增加完三角形确认无误后,请立即进行修改结果存盘。
6.三角形内插点
功能:通过在已有三角形内插一个点来增加建网三角形。操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。提示:输入要插入的点: 输入插入点。高程(米)= 输入此点高程。7.删三角形顶点
功能:删除指定的三角形顶点。适用于DTM中有错误点的情况,为避免画等高线时出错将该顶点删除。
操作过程:见命令区提示。
提示:请点取要删除的三角形顶点: 选取要删除的点。系统会立即从三角网中删除该点,并重组相关区域的三角形。8.重组三角形
功能:通过改换三角形公共边顶点重组不合理的三角网。指定两相邻三角形的公共边,系统自动将两三角形删除,并将两三角形的另两点连接起来构成两个新的三角形。如果因两三角形的形状无法重组,会有出错提示。
操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:指定要重组的三角形边: 此指定边应是相邻两三角形的公共边。9.加入地性线
功能:由于等高线是与地性线是互相垂直的关系,所以在建三角网时要考虑到地性线的位置。
操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。提示:第一点:输入一地性线的起点。曲线Q/边长交会B/<指定点>输入第二点。
曲线Q/边长交会B/隔一点J/微导线A/延伸E/插点I/回退U/换向H<指定点>继续输入点,回车结束。10.删三角网
功能:删除整个DTM三角网图形。当您想单看等高线效果时,需要执行此功能删除三角网。11.三角网存取
功能:可将已经建立好的三角网DTM模型保存到文件中,随时调用。12.修改结果存盘
功能:将修改好的DTM三角网存入文件。13.绘制等高线 功能:系统自动采用最近一次生成的DTM三角网或三角网存盘文件计算并绘制等高线。
操作过程:执行此菜单后,弹出如图1-134所示对话框。
对话框中会显示参加生成DTM的高程点的最小高程和最大高程。如果只生成单条等高线,那么就在单条等高线高程中输入此条等高线的高程;如果生成多条等高线,则在等高距框中输入相邻两条等高线之间的等高距。最后选择等高线的拟合方式。总共有四种拟合方式:不拟合(折线)、张力样条拟合、三次B样条拟合和SPLINE拟合。观察等高线效果时,可输入较大等高距并选择不光滑,以加快速度。如选拟合方法2,则拟合步距以2米为宜,但这时生成的等高线数据量比较大,速度会稍慢。测点较密或等高线较密时,最好选择光滑方法3,也可选择不光滑,过后再用“批量拟合”功能对等高线进行拟合。选择4则用标准SPLINE样条曲线来绘制等高线,提示请输入样条曲线容差: <0.0>容差是曲线偏离理论点的允许差值,可直接回车。SPLINE线的优点在于即使其被断开后仍然是样条曲线,可以进行后续编辑修改,缺点是较选项3容易发生线条交叉现象。14.绘制等深线
功能:计算并绘制等深线。
操作过程:同“绘制等高线”,但过程中系统会提问水面高程,高于此高程的等深线将用实线来画,否则用虚线画。15.等高线内插
功能:当等高线过疏时,通过此功能在其中内插等高线。
操作过程:根据命令区提示选择两条边界等高线,然后命令区会有提示:
提示:输入等高线上采样点距:(米)<3.0> 采样点距越小,内插等高线精度越高,当然计算时间也越长。系统默认值为3米。
请给出内插等高线数:<1> 输入需插入的等高线条数。
在做此项工作之前,要使内插等高线更准确,最好先将等高线进行拟合。但有时在边界等高线弯曲过大时,内插线变形稍大,这时需要手工进行局部处理。16.等值线过滤
功能:当等高线或等深线过密时,通过此功能删除部分等高线或等深线。17.删全部等高线
功能:删除屏幕上的全部等高线。18.查询指定点高程
功能:查询图面上任一点的坐标及高程。如之前没有建立过DTM,系统会提示输入数据文件名。19.等高线修剪
功能:提供强大的等高线修饰功能。
批量修剪等高线
功能:批量切除不符合条件的等高线。说明:左键点击菜单,弹出如图所示对话框。
20.等高线注记(1)单个高程注记
功能:在指定点给某条等高线注记高程。操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:选择需注记的等高(深)线: 指定要注记的等高线。
依法线方向指定相邻一条等高(深)线: 依法线方向指定临近的一根等高(深)线。【注意】:等高线应含有高程信息,如果没有应该用“批量修改复合线高”加入复合线高。(2)沿直线高程注记
功能: 在选定直线与等高线相交处注记高程。(直线必须是line命令画出的)(3)单个示坡线
功能:给指定等高线加注示坡线,特别在等高线稀疏区。操作过程:执行此菜单后,见命令区提示。
提示:选择需注记的等高(深)线: 在等高线上指定位置。依法线方向指定相邻一条等高(深)线: 依法线方向指定临近的一根等高或等深线。
【注意】:高程注记通常字头由低向高,而示坡线通常由高向低,等高线应含有高程信息,如果没有应该用“批量修改复合线高”加入复合线高。(4)沿直线示坡线
功能: 在选定直线与等高线相交处注记示坡线。(直线必须是line命令画出的)
五、实验结果
六、实验体会
1 加强实验环节的必要性
“计算机组成原理”不仅具有深刻的理论知识,而且是一门实践性很强的课程,需要理论和实验相结合,相比之下,实验教学在整个教学中占有极其重要的地位。实验环节是一个消化所学内容的过程,以此来验证基本原理,只有通过亲自设计问题,经过不断探究,才能了解解决问题的基本过程、思维方式及规律,这样才能充分激发学生的学习兴趣,调动学生积极性,提高教学效果。在从事“计算机组成原理”的教学过程中,如果只是单纯地讲授一些书本的理论知识,而不能很好利用实验材料,不能较好地做好实验,那么学生学到的知识除了应付考试,就没有一点实际用途。
计算机组成原理课程目前开设的实验教学完全是验证理论性的实验,一般采用的是现成的计算机模型实验系统,这类实验系统已将计算机的各个组成部分全部做好,学生只要按要求连线,拨动开关或编写微程序就能完成实验,该类系统对于提高学生的动手能力、动脑能力、提高学生对计算机整体和各个组成部分的理解及计算机系统综合设计能力有很大帮助[1],但是在实验教学中,也发现学生对实验过程不求甚解,缺乏对实验的主动思考,一遇到实验,就只是想尽快完成电路连接,完成老师不布置的课程任务,从未对原理电路中功能和工作逻辑进行深究,一味照搬老师的演示或实验指导书上安排的实验步骤完成实验,而对于步骤的缘因及电路结构从来不假思索。这样做实验,根本无法真正做到理论与实际的结合,有时竟然不知实验结果是怎么得出的,这种实验方法起不到培养学生综合运用所学知识和解决问题的能力,更达不到开发学生创新能力和培养应用开发能力的目的。因此,加强“计算机组成原理”实验环节,并对实验内容、实验教学方法和实验考核等方面进行改革是十分必要的。
2 加强实验环节的措施
2.1 实验内容的改革
面对接受能力、动手能力、自身努力程度就有很大差异的学生,在确保能在规定课时中完成教学任务的同时,还要求最大限度地发挥学生的主观能动性是面临的一个较大问题。为此,可对实验内容采取层次化改革,即分为验证性实验、设计性实验和综合性实验等三个层次[2]。
验证性实验,学生通过实验过程获得一些感性的认识和体验,进一步掌握基本概念和基本技能。运算器组成实验、存储系统实验、总线及数据通路实验等均属验证性实验。设计性实验,要求在现有的实验系统的基础上,学生通过亲自设计计算机的关键部分,可以进一步融会贯通理论教学内容,提高综合运用知识的能力。指令系统的设计、控制单元的设计、基本模型机的设计与实现等都属于设计性实验。综合性实验,它对学生有更高层次的要求,需要学生具有多方面的知识,注重所学理论知识的综合应用,培养学生的实际动手能力、思维能力和创新能力,是实验的高级阶段。复杂模型机的设计与实现属此类[3]。
在教学中,验证性实验要求所有学生都应在课内独立完成;而设计性实验只给定实验的题目及达到的目的,中间过程需要学生自己去查阅资料和设计方案,在课内以学生动手为主,教师指导为辅,通过探究、协作,直至最后调试完成;综合性实验,能对极少数兴趣浓厚、思维特别活跃的同学提出更高的要求,有一定难度和深度,应该在开放性实验室课外完成,也可作为毕业设计的题目。实验内容的安排应以设计性实验为主,验证性实验为辅,在实验次序上,由简单到复杂,由验证性实验到设计性实验,最后进行综合性实验,由浅入深,循序渐进[4]。
2.2 改进实验教学方法
2.2.1 搞好课前预习
实验预习是提高实验效果的一个重要环节。实验开出前,要求学生充分预习,并初步了解实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤和要求等。教师在上实验课时通过提问形式检查预习情况,并对预习中出现的问题引导学生共同探讨。这样,学生通过预习并经过受教师的引导之后,在做实验时就会思路清晰,能及时发现问题,其分析问题和解决问题的能力也得到提高,更易取得较好的实验效果。
2.2.2 重视实验过程
实验过程是实验成功与否的关键环节。在实验过程中,要摒弃以往教师先示范,学生模仿或按照既定的详细步骤完成实验的教学方法,应引导学生积极思考,手脑并重,最大限度地调动和发挥学生在实验中的主体作用。对于实验操作过程,教师只是简单叙述,将大体的步骤和相关的注意事项粗略地提示,供他们参考。对学生在实验过程中遇到的问题或出现的错误,不作正面回答或指出,而采用提示和设置疑问的方法让他们自己思考,并自己动手解决。这使学生对实验方法以及操作过程认识更深刻、理解更透彻,能很快地提高实验操作技能,有效地培养学生分析问题和解决问题的能力。
2.2.3 规范实验报告
实验完成后,要求学生按规范写出实验报告。实验报告是对整个实验过程的总结,要求学生能从实验的内容、原理、操作步骤、实验的数据和结果等方面进行分析,掌握其中的实验方法。过去,学生写实验报告时,大段地摘抄实验指导书上的实验原理和实验步骤,再附上实验数据或结果便完成了。这种机械式的实验报告对于培养学生的能力几乎没有丝毫的帮助,也不利于教师对学生学习情况的掌握,无法公平地评定学生的成绩,往往是文字抄得越多,字迹整洁就可得高分。如今,我们要求实验报告增加实验中的异常情况分析、实验方法的改进或重新设计、实验总结或心得等。这样做,使学生不再盲目追求实验结果的准确性,转为追求解决问题的方法和过程,有利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,激发他们的学习兴趣和热情。
2.2.4 改革实验考核模式
为了达到加强实验环节的要求,可以加大实验成绩在整个计算机组成原理课程成绩的比重,从而突出考核和评价学生的实际应用和创新能力。课程总评成绩采用百分制:期末考试占60%,平时成绩(作业、课堂提问、出勤等)占10%,实验成绩占30%。若实验成绩不合格,则该门课程总评将不及格。实验成绩的评定方法为:每个实验中,实验预习占10%,实验态度占15%,解答问题占15%,规范操作占15%,创新实践能力占15%,实验结果占10%,实验报告占20%。所有实验的平均值就是最终实验成绩。
改革后的实验考核办法,既调动了学生学习的积极性,提高了他们对实验课的重视程度,又保证了成绩评定的客观性和公正性,有效促进了实验教学的质量提高。
3 加强实验环节的效果
实践证明,对“计算机组成原理”实验环节的改革,首先,能充分调动学生的学习积极性,使实验课气氛活跃,互动性变强,学生由以前填鸭式、跟抄式的被动学习方式转变为主动、动脑的学习方式,愉快地接受知识。在兴趣的指引下,他们会去利用大量的课余休息时间主动投入到实验设计中,探究实验的真实意义,学会自己提出问题质疑,相互讨论解决,动脑动手,分析实验的各个环节。实验完成后,学生可以很正确地、独立地写出实验原理、实验步骤、实验心得,总结整个实验过程。
从而完全能规范地写出实验报告。这样,又使学生在实验过程中增强了信心与兴趣,他们发现问题、分析问题和解决问题的能力得到了提高,有利于今后的继续学习,形成一种良性循环。在此期间,教师只是充当领路人的作用,带领学生完成好实验的过程。其次,在传统教学中只重视理论知识,学生并不积极思考的实验过程,甚至不愿意回忆过程,经过这样的改革,激发了他们学习“计算机组成原理”的潜在能力。学生在进入大学之初,一般都是奔着自己所喜爱的专业来的,所以说大半以上的学生应该都是很喜欢自己所学专业的,但是由于有很大一部分学生,在大一时没有培养好学习专业的方法,导致其对学习感到枯燥、乏味,最后对这门课程一点兴趣都没有。据了解很多数学生在刚接触到计算机实验课程时,就有一种恐惧心理。打破这种心理需要一定的时间和大量动手实验,但在以往的教学中由于方法单一的缘故,教师不能及时发现这样的问题,经过改革后的效果十分明显,使这部分学生能尽早的走出实验过程中不自信的阴影,积极投入到学习中去,恢复了创新的能力和解决实际问题的能力,重新挖掘出自己潜在的学习能力。最后,加强“计算机组成原理”实验环节后,学生的实践能力,专业技能得到了很大的提升,使他们能在实际社会应用中得到自信,确保了培养符合适应社会信息发展需要的人才,提高自我就业竞争力。
参考文献
[1]白中英,杨春武.计算机组成原理题解、题库、实验[M].北京:科学出版社,2004.
[2]白媛,张兴.计算机组成原理课程阶梯化教学研究[J].计算机教育,2007(10):50-52.
[3]王诚,宋佳兴,董长洪.计算机组成原理实验指导书[M].北京:清华大学出版社,2002.
【摘要】在我国的工科学业类当中,机械原理则是作为一门基础专业课,它也是一门重要的衔接课程,在学习的过程当中,理论与实践学习是非常紧密的。在这门专业课当中,它会涉及到很多方面的课程,是需要应用贯通的,同时在学习时也要让学生从工程建设的理论角度来应用和理解这方面的知识,从而来培养他们应用机器设计理论知识来解决实际问题,并且也能够更为深入的研究其中的仿真实验设计,来提高学生的实践能力。
【关键词】机械原理 虚拟仿真实验 教学设计
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)08-0184-02
在机械原理课程当中,最重要的一个学习环节就是课程设计,是通过在实验过程中学习完成的。在我国的高等院校中,它是作为工科类学生必修的一门课程,属于机械设计类的,也是一门主要的技术课程,占有主导地位,所以,如果要不断的提高对这类人才的培养,就必须要注重学习质量,建设在机械原理实验中的教学实验,把虚拟仿真设计融入其中,注重对这方面的培养学习,有效的分析研究在这门课程当中存在的问题以及实验设计的方法,把虚拟仿真实验充分的引入机械原理教学当中,从而提高教学效率,达到教学目标。
一、什么是虚拟实验
在我国高等教学当中,由于虚拟实验的发展起步较晚,因此,在高校的教学当中也比较匮乏在这方面的经验,并且在教学内容以及在模式当中都会存在一定的问题。我们都知道,虚拟仿真实验这门技术是非常先进的,虽然其发展是短暂的,然而在使用范围当中却是非常广泛的,在虚拟仿真实验的过程当中,可以让学生充分的了解和选择实验模型,并且更为深入的分析虚拟仿真技术的重要意义,应用在机械原理当中它的主要目的是什么,在分析机械原理的教学内容当中,更为有效的求证机械的综合创新,设计,金属材料,液压气压以及热处理等方面的技术问题,并且有着很大的帮助,通过虚拟仿真实验来达到教学的目的,在这个过程当中,一般学校会设立相应的实验机构,从而把所需要的实验设备进行集中管理,在这种模式下,它不仅丰富了实验性,同时也满足了教学的要求。对此,我们也可以看出,在虚拟教学中应用仿真技术,不仅提高了教学的视觉性,也更清晰的学习到机械原理的设计和工作效率。
二、当前实验教学的重要性以及问题
在机械原理的课堂教学当中由于会有很多的理论分析讨论,也会存在一些有关设计的问题,所以在进行机械原理教学时就必须要掌握好课程的理论知识,这也是最重要的基础环节,同时在基础教学中,我们不仅要掌握好这些基本概念,也是掌握好一些有关动力学和分析机构的相应功能性,通过在实践教学中,在设计课程实践的环节当中,这不仅可以提高学生设计实践能力,也可以完成一些较为复杂的综合设计,这对于全面培养复合型人才有着至关重要的意义,也是对实验教学提出了一个新的挑战,对此,改革实践教学是非常必要的。
1.在机械原理教学当中,通常进行实验时,主要是以示范和讲解为主,而学生只是以听为主,很难参与到实验当中,所以在这个过程当中学生并没有积极创新性,更没有机会参与到设计实验当中,而我们都知道,实验教学的目的就是为了有效的达到动手设计能力,并且让学生有认识和了解该门课程的具体操作实验,然而却受到了实验的限制,在一些教学中,学生没有机会对机械进行拆装研究,从而也就降低了学生在这其中的原理认识。
2.在机械原理的教学当中,一般是以课堂教学为主,而讲解理论知识时却占用一定部分的时间,对于学生来讲又难全部消化,所以并没有达到良好的教学目的,从而也就导致学生对这门课程的积极性越少。我们了解在机械原理学习过程当中一般主要是对其内部機构进行分析研究,其中的很多原理都是具体的理论化以及更为抽象的描述,这对于初学者来讲是非常困难的,如果不通过有效的实验来讲解其中的原理知识,学生不能有良好的衔接也就达不到理想的教学成效。
3.我们在为学生设计该门课程的思路时必须要有新奇的想法,从而来提高学生求知的积极性,一方面我们可以设计题目,把单一的题目有趣化,可以让学生通过题目要求来进行组合设计。另一方面我们也可以通过图解的方法来设计实验,但是由于设计的工作量较大,所以不能很好的训练学生在这方面的能力。通过课程设计可以有效的来升华机械原理实验的过程,也可以总结在这门课当中所遇到的问题以及难点,让学生通过实验来解决和认识机械原理理论知识,提高他们在工程实践方面的综合能力。对此我们可以看出,在机械原理教学过程当中,必须要把综合设计与理念有效的相结合,并且把理念知识与实践密切的融入到其中,可以更为直观的分析出机构综合性能,解决教学中的问题。
三、在教学当中的具体应用
1.在机械原理的教学过程当中,制图是最基本的一门应掌握的技能。在过去的学习模式当中,学生一般是通过手工进行绘图的,并且在这个过程当中,可以逐渐的了解机械机构的组成以及它的部分构造.从而可以充分的了解和掌握机构功能。然而在现如今的教学模式中,已经发生了很大的改变,可以应用计算机进行测绘实验了,可以不再应用手工绘画,通过计算机软件可以进行操作,并可以达到理想的效果,在这种教学过程当中,与时代同步,学生不仅融入了一些先进的应用方法,同时也掌握了虚拟仿真技术这门较为先进的应用方法,只是应用计算机便可描绘动态的机械制图,让学生在提高机械原理知识,还可以精算出机械的自由度,可谓一举两得。
2.在虚拟实验当中,机械机构组成是作为最重要的一个认知实验,在实验过程当中学生通过观察它的空间、平面以及齿轮结构,从而有效的确定设备是否在正常情况下进行有效的运行,而我们所应用的虚拟仿真实验恰恰就可以把它的组成变为一种图像,此外,也可以把它制作成动画的效果进行演示,更为立体的表现出它效果。由于在机械设备当中,基础的装置机构一般是用来维持机械运行重要元件,而它的原理与状态也是非常有影响意义的,对此,如果让学生更为充分具体的掌握机械原理的实验,就必须要了解虚拟仿真技术,因为它的作用是非常明显的,这也是有助于提高教学目的的重要手段。
3.在近些年以来,通过在机械原理教学当中,老师为了提高学生的四杆运动原理知识,便研发了一种新型的运动技术,在这个实验当中我们可以发现两方面特点,第一,可以让学生充分了解运动规律以及机构类型,也让学生掌握了机械的运行特点,怎样有效的研究机构在运动时的规律以及各种类型特点。第二,在设计四杆机构时,设计合理的四杆机构是有助于学生掌握专业知识以及操作的,由于系统在运行当中会存在很多问题,所以在进行设计时就必须要考虑到它的稳定性,安全性,具有牢固的理论基础。
四、结论
机械原理则是作为一门基础专业课,它也是一门重要的衔接课程,在学习的过程当中,理论与实践学习是非常紧密的。在这门专业课当中,它会涉及到很多方面的课程,是需要应用贯通的,对此,在学习当中就必须要提高其质量,建设在机械原理实验中的教学实验,把虚拟仿真设计融入其中,有效的分析研究在这门课程当中存在的问题以及实验设计的方法,把虚拟仿真实验充分的引入机械原理教学当中,从而提高教学效率。
参考文献:
[1]万朝燕.雷蕾.刘彦奎等《机械原理课程设计》改革的探索与实践[J].教育教学论坛.2013(2)
[2]姚智华.易勇.陈丰等.应用型本科院校机械原理课程改革与实践[J].安徽工业大学学报.2013(1)
[3]顾文斌.王怡.庄曙东.基于卓越工程师计划的机械原理课程改革与创新[J]. 中国电力教育.2013(16)
[4]孙志宏.单洪波.庄幼敏等.提高学生创新能力改革机械原理课程设计[J].实验室研究与探索.2007(11)
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