張娜 王園園 楊琳

摘 要：數(shù)值計算實訓(xùn)是電類專業(yè)學(xué)生以實踐為主的課程，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)生獲得更豐富知識的同時提升個人能力、人際交往能力、系統(tǒng)和過程的建設(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)計工具GUI為開發(fā)平臺，將數(shù)值計算實訓(xùn)課程與項目模塊相結(jié)合的教學(xué)模式，該項目模塊包含：信號處理、圖像處理、計算器設(shè)計及游戲設(shè)計。這四個模塊采用可視化、交互式界面進(jìn)行展示，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力，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)值計算實訓(xùn);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(yīng)用型院校既培養(yǎng)學(xué)生在掌握理論知識的同時要重視實踐訓(xùn)練，實現(xiàn)在畢業(yè)后能夠與社會、各企業(yè)進(jìn)行零接觸對接，從而向社會、企業(yè)輸送應(yīng)用型人才的目標(biāo)[1]?！皵?shù)值計算實訓(xùn)”課程是一門實踐性的教學(xué)課程，探索數(shù)值計算實訓(xùn)課程的實踐教學(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)生被動接受”作為主線，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時常常感到無聊并失去學(xué)習(xí)興趣，這反過來影響了他們學(xué)到的知識。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升實踐培訓(xùn)課程的知識，并將所學(xué)知識應(yīng)用到實際項目，為了提高應(yīng)用知識解決實際問題的能力，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)和流程能力的同時獲得更多知識。也就是說，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 （Design）、實施 （Implement） 和運行（Operate） 運用到教學(xué)的全過程[3-4]。學(xué)生以積極、實用和有機(jī)的方式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的技能。

在“新工科”應(yīng)用型人才隊伍建設(shè)的背景下，本文結(jié)合CDIO工程教育理念，以圖形界面設(shè)計工具GUI為開發(fā)平臺，設(shè)計將數(shù)值計算實訓(xùn)課程與項目模塊相結(jié)合，它還融入教學(xué)過程，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)值計算實訓(xùn)”平臺的構(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，針對電類專業(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，設(shè)計出數(shù)值計算實訓(xùn)仿真平臺的結(jié)構(gòu)圖，整個平臺的構(gòu)架包括4個項目模塊：信號處理、圖像處理、計算器設(shè)計和游戲設(shè)計，如圖1所示。

2 基于GUI的“數(shù)值計算實訓(xùn)”平臺的實現(xiàn)

2.1 主界面的設(shè)計與實現(xiàn)

基于GUI的“數(shù)值計算實訓(xùn)”主界面的設(shè)計實現(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)入四個教學(xué)案例模塊界面，如圖2（b）所示。

2.2 基于MATLAB的信號處理的設(shè)計與實現(xiàn)

信號處理類學(xué)習(xí)“數(shù)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(shè)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。