CDIO模式下數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

張娜 王園園 楊琳

摘 要：數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)是電類專業(yè)學(xué)生以實(shí)踐為主的課程，在“新工科”培養(yǎng)應(yīng)用型人才的建設(shè)背景下，為了使學(xué)生獲得更豐富知識(shí)的同時(shí)提升個(gè)人能力、人際交往能力、系統(tǒng)和過(guò)程的建設(shè)能力， 本文提出以CDIO工程教育模式為理念，以圖形界面設(shè)計(jì)工具GUI為開發(fā)平臺(tái)，將數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)課程與項(xiàng)目模塊相結(jié)合的教學(xué)模式，該項(xiàng)目模塊包含：信號(hào)處理、圖像處理、計(jì)算器設(shè)計(jì)及游戲設(shè)計(jì)。這四個(gè)模塊采用可視化、交互式界面進(jìn)行展示，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，協(xié)助教師進(jìn)行教學(xué)，并將其應(yīng)用于其它課程。

關(guān)鍵詞：數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn);CDIO;GUI;實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

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(yīng)用型院校既培養(yǎng)學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)要重視實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)在畢業(yè)后能夠與社會(huì)、各企業(yè)進(jìn)行零接觸對(duì)接，從而向社會(huì)、企業(yè)輸送應(yīng)用型人才的目標(biāo)[1]?！皵?shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)”課程是一門實(shí)踐性的教學(xué)課程，探索數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才在電子專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中尤為重要[2]。傳統(tǒng)課堂教學(xué)以“老師講解，學(xué)生被動(dòng)接受”作為主線，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)常常感到無(wú)聊并失去學(xué)習(xí)興趣，這反過(guò)來(lái)影響了他們學(xué)到的知識(shí)。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升實(shí)踐培訓(xùn)課程的知識(shí)，并將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目，為了提高應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有必要改革現(xiàn)行課程的常規(guī)教學(xué)模式。

讓學(xué)生在提高個(gè)人能力、人際交往能力以及構(gòu)建系統(tǒng)和流程能力的同時(shí)獲得更多知識(shí)。也就是說(shuō)，工程的質(zhì)量和能力，目前最好的解決方案是使用由四所大學(xué)組成的跨國(guó)研究機(jī)構(gòu)提出的CDIO工程教育模型，包括麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院。即將構(gòu)思 （Conceive）、設(shè)計(jì) （Design）、實(shí)施 （Implement） 和運(yùn)行（Operate） 運(yùn)用到教學(xué)的全過(guò)程[3-4]。學(xué)生以積極、實(shí)用和有機(jī)的方式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的技能。

在“新工科”應(yīng)用型人才隊(duì)伍建設(shè)的背景下，本文結(jié)合CDIO工程教育理念，以圖形界面設(shè)計(jì)工具GUI為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)將數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)課程與項(xiàng)目模塊相結(jié)合，它還融入教學(xué)過(guò)程，在課堂教學(xué)中展示，使學(xué)生更好地理解和吸收其本質(zhì)。

1 CDIO模式下“數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)”平臺(tái)的構(gòu)建

基于CDIO工程教育理念，結(jié)合工程人才培養(yǎng)目標(biāo)的特點(diǎn)，針對(duì)電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與分析，按內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性融合為若干獨(dú)立的教學(xué)模塊，再采用MATLAB的圖形用戶界面GUI作為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)平臺(tái)的構(gòu)架包括4個(gè)項(xiàng)目模塊：信號(hào)處理、圖像處理、計(jì)算器設(shè)計(jì)和游戲設(shè)計(jì)，如圖1所示。

2 基于GUI的“數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)”平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2.1 主界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于GUI的“數(shù)值計(jì)算實(shí)訓(xùn)”主界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，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(yīng)的按鈕，進(jìn)入四個(gè)教學(xué)案例模塊界面，如圖2（b）所示。

2.2 基于MATLAB的信號(hào)處理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

信號(hào)處理類學(xué)習(xí)“數(shù)字信號(hào)處理”課程的原理知識(shí)，并使用MATLAB作為仿真工具，錄制長(zhǎng)度約為10S的語(yǔ)音，添加高斯噪聲以模擬有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)，并分析噪聲前后的時(shí)域和頻域特性。然后設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器來(lái)濾除帶噪聲的語(yǔ)音信號(hào)[5]，最后比較濾波效果，有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)處理界面，如圖3所示。