機電信號處理網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)探討

謝軍　張涵　王濤

【摘要】在機械電子工程本科專業(yè)中，自動控制和信號分析課程內(nèi)容較為抽象、難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也不大、積極性不高。因此，如何充分現(xiàn)代的圖形圖像技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來促進(jìn)這兩門課程的教學(xué)，是一個重要的研究課題。我們希望建立機電信號處理的網(wǎng)絡(luò)課程，幫助學(xué)生更好地掌握這兩門課程的重要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】信號處理 網(wǎng)絡(luò)課程 仿真 Python

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

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

一、課程建設(shè)背景

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

如何在相對穩(wěn)定中求變革，如何在講授傳統(tǒng)內(nèi)容的過程中體現(xiàn)現(xiàn)代氣息，如何使經(jīng)典理論與最新技術(shù)相融合，如何使創(chuàng)新走進(jìn)課堂，把思維還給學(xué)生，如何為這些課程的學(xué)習(xí)提供一個系統(tǒng)性、形象性的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，是我們希望解決的問題。

我們把兩門課程中的內(nèi)容前后連貫的部分進(jìn)行有機地整合。特別是為兩門課程當(dāng)中相關(guān)的相關(guān)知識點提供了非常直觀方便的聯(lián)系渠道。對課程中的重點內(nèi)容和學(xué)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(tài)仿真功能，以利于學(xué)生更好的理解吸收和掌握，并以利于更新實驗內(nèi)容，體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)的學(xué)習(xí)氛圍。給學(xué)生從預(yù)習(xí)到作業(yè)答疑等提供了一整套完整的功能。讓學(xué)生在課后可以根據(jù)自己的需要隨時進(jìn)行學(xué)習(xí)。選用目前風(fēng)靡世界功能強大的Python程序設(shè)計語言來設(shè)計網(wǎng)站，同時用Python開發(fā)可進(jìn)行交互式的實驗仿真模塊，在網(wǎng)站中大量加入動態(tài)仿真和模擬功能以配合理論教學(xué)。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外有一部分網(wǎng)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(wǎng)上演示和MATLIB實例，學(xué)生可以改變參數(shù)以便觀察得到的結(jié)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(wǎng)站在交互式處理方面，給學(xué)生發(fā)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(nèi)不少大學(xué)大部分網(wǎng)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(wǎng)上而已，而沒有加入信號模擬及仿真功能。也有一些網(wǎng)站是提供的flash動畫，雖然也能夠比較生動表現(xiàn)這兩門課程的內(nèi)容，但是并沒有給學(xué)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(wǎng)頁嵌入的動畫方面。但是做得還不是很完善。其余的網(wǎng)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(xué)生的教學(xué)。

三、項目研制開發(fā)內(nèi)容

本項目主要開發(fā)方式如圖1所示：

1.確定教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容

主要以目前這兩門課程所采用的教材為藍(lán)本，并參考國內(nèi)外出版的比較權(quán)威和具有較大使用范圍的其它教材，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程本身的要求，對相關(guān)的技術(shù)和知識點重新排序，來編寫教學(xué)大綱，確定教學(xué)內(nèi)容。

2.總體設(shè)計與原型實現(xiàn)

選擇一個相對完整的教學(xué)單元，設(shè)計出一個教學(xué)單元的網(wǎng)絡(luò)課件原型，通過原型設(shè)計，確定網(wǎng)絡(luò)課件的總體風(fēng)格、界面、導(dǎo)航風(fēng)格、素材的規(guī)格，腳本編寫的內(nèi)容，以及仿真與模擬需要達(dá)到的效果。

3.腳本編寫

以前面的總體設(shè)計和原型實現(xiàn)為依據(jù)，根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，對每個教學(xué)單元的內(nèi)容及其安排以及各單元之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，編寫出腳本。同時適當(dāng)安排一部分學(xué)生作為使用者對腳本進(jìn)行模擬運行，看是否能達(dá)到預(yù)期效果，并進(jìn)行相應(yīng)修改。

4.素材準(zhǔn)備和網(wǎng)站設(shè)計

根據(jù)腳本的要求，準(zhǔn)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(fā)網(wǎng)站。對課程中的重點內(nèi)容，學(xué)生難以理解的部分，開發(fā)能嵌入在網(wǎng)頁中運行的模擬和動態(tài)仿真軟件，以利于學(xué)生更好的理解吸收和掌握。

5.運行維護(hù)評價與總結(jié)

按照課件腳本的要求，測試系統(tǒng)功能是否達(dá)到預(yù)期、可靠性和穩(wěn)定性。并且根據(jù)老師學(xué)生對使用過程中出現(xiàn)的新問題、新要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。進(jìn)行開發(fā)過程的技術(shù)總結(jié)。

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