機電信號處理網絡課程的建設探討

謝軍　張涵　王濤

【摘要】在機械電子工程本科專業中，自動控制和信號分析課程內容較為抽象、難度較大，學生學習興趣也不大、積極性不高。因此，如何充分現代的圖形圖像技術和網絡技術，來促進這兩門課程的教學，是一個重要的研究課題。我們希望建立機電信號處理的網絡課程，幫助學生更好地掌握這兩門課程的重要內容。

【關鍵詞】信號處理 網絡課程 仿真 Python

【基金項目】海南大學2017年度教育教學改革研究課題；項目編號：hdjd1702。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0220-01

一、課程建設背景

隨著計算機技術和數字信號處理技術的飛速發展，機械電子工程本科專業中信號與信息處理密切相關的兩門專業課程《自動控制原理》和《傳感器技術》，既歷史悠久又是面貌全新。在研究對象、研究內容和研究方法上都發生了深刻的變化，某些方面受到最新技術發展的沖擊，但是尚未構成大幅度更新和重組課程體系的局面。它的特點是內容體系比較完整，理論性較強，既有較為嚴格的數學基礎，又有現代技術的實踐背景。并且，這兩門課程有著前后關聯、一脈相承的關系。

如何在相對穩定中求變革，如何在講授傳統內容的過程中體現現代氣息，如何使經典理論與最新技術相融合，如何使創新走進課堂，把思維還給學生，如何為這些課程的學習提供一個系統性、形象性的網絡學習環境，是我們希望解決的問題。

我們把兩門課程中的內容前后連貫的部分進行有機地整合。特別是為兩門課程當中相關的相關知識點提供了非常直觀方便的聯系渠道。對課程中的重點內容和學生難以理解的部分，特別是非常深奧非常理論化的部分，形象地加入模擬和動態仿真功能，以利于學生更好的理解吸收和掌握，并以利于更新實驗內容，體現現代技術的學習氛圍。給學生從預習到作業答疑等提供了一整套完整的功能。讓學生在課后可以根據自己的需要隨時進行學習。選用目前風靡世界功能強大的Python程序設計語言來設計網站，同時用Python開發可進行交互式的實驗仿真模塊，在網站中大量加入動態仿真和模擬功能以配合理論教學。

二、國內外研究現狀

國外有一部分網站主要是提供了MATLIB仿真功能。比如Edward W.kamen提供的為Fundamentals of Signals and Systems Using the Web and MATLIB 教材提供的網上演示和MATLIB實例，學生可以改變參數以便觀察得到的結果。Joyce Van為Fundamentals of Digital Signal Processing教材提供的一些MATLIB仿真實例，可以非常形象的觀測信號處理的全過程。但是這些網站在交互式處理方面，給學生發揮的余地非常少。并且Matlab為收費軟件購買費用高，而Python為免費軟件。

國內不少大學大部分網站主要只是提供了一種電子書的功能，只是把課本搬到了網上而已，而沒有加入信號模擬及仿真功能。也有一些網站是提供的flash動畫，雖然也能夠比較生動表現這兩門課程的內容，但是并沒有給學生提供比較靈活的交互式操作的功能。有極少一部分提供的模擬仿真功能，主要是在于網頁嵌入的動畫方面。但是做得還不是很完善。其余的網站，主要是提供非常理論化的仿真，雖然也做得比較完善，但是不適合給學生的教學。

三、項目研制開發內容

本項目主要開發方式如圖1所示：

1.確定教學大綱和教學內容

主要以目前這兩門課程所采用的教材為藍本，并參考國內外出版的比較權威和具有較大使用范圍的其它教材，并結合網絡課程本身的要求，對相關的技術和知識點重新排序，來編寫教學大綱，確定教學內容。

2.總體設計與原型實現

選擇一個相對完整的教學單元，設計出一個教學單元的網絡課件原型，通過原型設計，確定網絡課件的總體風格、界面、導航風格、素材的規格，腳本編寫的內容，以及仿真與模擬需要達到的效果。

3.腳本編寫

以前面的總體設計和原型實現為依據，根據教學大綱和教學內容，對每個教學單元的內容及其安排以及各單元之間的邏輯關系進行教學設計，編寫出腳本。同時適當安排一部分學生作為使用者對腳本進行模擬運行，看是否能達到預期效果，并進行相應修改。

4.素材準備和網站設計

根據腳本的要求，準備所需要的素材，包括文字、圖片、聲音、動畫、視頻、案例等。用Python開發網站。對課程中的重點內容，學生難以理解的部分，開發能嵌入在網頁中運行的模擬和動態仿真軟件，以利于學生更好的理解吸收和掌握。

5.運行維護評價與總結

按照課件腳本的要求，測試系統功能是否達到預期、可靠性和穩定性。并且根據老師學生對使用過程中出現的新問題、新要求進行相應的調整。進行開發過程的技術總結。

參考文獻：

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