CDIO模式下數值計算實訓平臺的設計

張娜 王園園 楊琳

摘 要：數值計算實訓是電類專業學生以實踐為主的課程，在“新工科”培養應用型人才的建設背景下，為了使學生獲得更豐富知識的同時提升個人能力、人際交往能力、系統和過程的建設能力， 本文提出以CDIO工程教育模式為理念，以圖形界面設計工具GUI為開發平臺，將數值計算實訓課程與項目模塊相結合的教學模式，該項目模塊包含：信號處理、圖像處理、計算器設計及游戲設計。這四個模塊采用可視化、交互式界面進行展示，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行構思、設計、實施和運行，培養學生解決實際工程問題的能力，協助教師進行教學，并將其應用于其它課程。

關鍵詞：數值計算實訓;CDIO;GUI;實驗平臺

Abstract：The digital computing training is a practice-oriented course for students majoring in electrical engineering. Under the background of training applied talents in the "New Engineering"， in order to enable students to acquire more knowledge， to improve personal ability， interpersonal communication ability， system and process construction ability， this paper puts forward a teaching mode which combines digital computation training course with project module based on CDIO engineering education mode and GUI， and a graphic interface design tool. The project module includes signal processing， image processing， calculator design and game design. These four modules are displayed by visual and interactive interfaces which enable students to conceive， design， implement and operate in an active， practical and organic way， and train students' ability to solve practical engineering problems， and assist teachers in teaching. They can be applied to other courses.

Key words：digital computing training;CDIO;GUI;experimental platform

0 引言

應用型院校既培養學生在掌握理論知識的同時要重視實踐訓練，實現在畢業后能夠與社會、各企業進行零接觸對接，從而向社會、企業輸送應用型人才的目標[1]。“數值計算實訓”課程是一門實踐性的教學課程，探索數值計算實訓課程的實踐教學，培養應用型和創新型人才在電子專業的實踐教學中尤為重要[2]。傳統課堂教學以“老師講解，學生被動接受”作為主線，學生在學習課程時常常感到無聊并失去學習興趣，這反過來影響了他們學到的知識。

為了提高學生的學習興趣，提升實踐培訓課程的知識，并將所學知識應用到實際項目，為了提高應用知識解決實際問題的能力，有必要改革現行課程的常規教學模式。

讓學生在提高個人能力、人際交往能力以及構建系統和流程能力的同時獲得更多知識。也就是說，工程的質量和能力，目前最好的解決方案是使用由四所大學組成的跨國研究機構提出的CDIO工程教育模型，包括麻省理工學院和瑞典皇家理工學院。即將構思 （Conceive）、設計 （Design）、實施 （Implement） 和運行（Operate） 運用到教學的全過程[3-4]。學生以積極、實用和有機的方式學習，培養學生解決實際工程問題的技能。

在“新工科”應用型人才隊伍建設的背景下，本文結合CDIO工程教育理念，以圖形界面設計工具GUI為開發平臺，設計將數值計算實訓課程與項目模塊相結合，它還融入教學過程，在課堂教學中展示，使學生更好地理解和吸收其本質。

1 CDIO模式下“數值計算實訓”平臺的構建

基于CDIO工程教育理念，結合工程人才培養目標的特點，針對電類專業的基礎課程結構進行研究與分析，按內容的關聯性融合為若干獨立的教學模塊，再采用MATLAB的圖形用戶界面GUI作為開發平臺，設計出數值計算實訓仿真平臺的結構圖，整個平臺的構架包括4個項目模塊：信號處理、圖像處理、計算器設計和游戲設計，如圖1所示。

2 基于GUI的“數值計算實訓”平臺的實現

2.1 主界面的設計與實現

基于GUI的“數值計算實訓”主界面的設計實現，如圖2（a）所示。在開始界面中單擊“開始”后，用戶可以單擊相應的按鈕，進入四個教學案例模塊界面，如圖2（b）所示。

2.2 基于MATLAB的信號處理的設計與實現

信號處理類學習“數字信號處理”課程的原理知識，并使用MATLAB作為仿真工具，錄制長度約為10S的語音，添加高斯噪聲以模擬有噪聲的語音信號，并分析噪聲前后的時域和頻域特性。然后設計一個濾波器來濾除帶噪聲的語音信號[5]，最后比較濾波效果，有噪聲的語音信號處理界面，如圖3所示。