甘肃教学成果奖-西北师范大学.doc

. PAGE .. 西北师范大学教学成果奖 科 学 总 结 成 果 名 称 基于虚拟仪器技术的信号类课程 可视化教学模式的探索与实践 成果完成人 火元莲 齐永锋 马胜前 宋海声 马冬梅 成果完成单位 西北师范大学物理与电子工程学院 申 请 等 级 申报单位名称 及盖章 西北师范大学物理与电子工程学院 申 请 时 间 2011 年 9 月 1 日 成 果 科 类 工 学 1 基于虚拟仪器技术的信号类课程 可视化教学模式的探索与实践 科学总结 立项背景及意义 信号类课程难学是信息专业学生的共识，造成这个局面的主要原因是由于信号类课程理论抽象、包含有大量的数学公式、对分析结果缺乏可视化的直观表现，而且学生普遍认为数学是学习信号类课程的障碍。这样，在学习这些课程中往往会造成“与数学的纠结中忽视了信号最重要的本质”。因此，如何帮助学生跨越障碍、掌握信号学科的本质是一个值得研究的课题。 在传统的教学模式中，为了加深对所学知识的理解，通常都是课堂教学讲授理论知识，然后在实验课程中进行感性认知。这种教学模式在一定程度上割裂了教与学过程中知识转化的同步性，造成了了学生对新知识的接受与消化的滞后性。克服这种传统教学模式不足最直接的方法就是理论讲解的同时进行现场演示，将抽象的理论知识以直观的形式再现，帮助学生理解。但是，功能单一的试验箱无法满足对众多理论知识的验证，同时也将学生的实践操作限制于既定实验方案中，不利于学生创新思维的培养和新技术的验证。因此，设计一种功能强大、易于操作和便于扩充功能的信号类课程教学、实验平台具有重要的意义。 通过整合Flash、Matlab和Labview软件，我们提出了信号类课程图形化教学实验虚拟平台。利用Flash动画演示信号的处理过程、Matlab语言生成处理结果、Labview生成图形化的实验仪器。用Flash动画形象地再现信号的抽象处理过程，帮助学生理解信号处理过程的本质；用Matlab对数据进行处理，验证理论的正确性，并通过添加工具箱的形式，不断将新技术的验证添加到虚拟系统，通过演示信号领域的科技成果激发学生的学习兴趣。Labview产生虚拟实验仪器，让学生通过改变参数来显示想要的信号，激励其更好地参与到教学的互动中。 二、 成果主要内容 1. 构建虚拟教学平台，图形化显示抽象理论 将抽象的理论简单明了的表现出来，始终是教师追求的一种境界。将信号的发生、传递和处理的数学模型用动画的形式显示，能够达到语言无法表达的效果，可让学生从繁复的数学推导中解脱出来，真正理解信号蕴含的本质，而不是数学公式。我们借助Flash等动画软件，将课程中所涉及的信号的产生、传递和数据流的处理以动画的形式再现，以生动活泼的形式帮助学生感知信号、理解数学模型所蕴含的信号本质。在教学的实践过程中，学生反映良好，能够更快捷地理解和掌握所讲授的信号模型。 2. 构建虚拟教学平台，适时验证课堂理论 Matlab是一种功能强大的工程处理软件，被广泛应用于科研与工程领域。在教学实践中，我们将课文中的大量实例用Matlab编程实现，并赋予其图形界面。在讲授过程中，同步的显示课文实例的结果，并以图形方式显示，给学生一种茅塞顿开的感觉。同时，我们所设计的程序参数是可控的，通过改变参数值可显示不同的信号形式，在教学中可达到交互，让学生通过改变参数来显示想要的信号，激励其更好地参与教学的互动中。 3. 构建虚拟实验平台，节省教学经费 在教学中,往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因,而使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统,可以弥补这些方面的不足,学生足不出户便可以做各种各样的实验,获得与真实实验一样的体会,从而丰富感性认识,加深对教学内容的理解。 “软件就是仪器”，利用NI公司开发的Labview软件产生虚拟实验仪器。由于虚拟仪器系统可以由用户自己定义、自己设计,以满足不同的要求,所以使用虚拟仪器不但可以节约大量仪器设备的经费投入,而且能够提高教学科研的质量和效率。 4. 构建虚拟实验平台，提高学生的动手能力和创新能力 虚拟实验平台的开发让实验教学摆脱了传统的在固定时间、固定地点和固定的仪器上设计固定的实验方案这种陈旧的实验模式。一台计算机就是一个巨大的实验仪器库，因此，实验教学变的更为灵活，可不受时间、场地等因素的限制，学生除了完成规定的实验题目外，还可以根据自己的兴趣方便地在计算机上拖动图形化试验仪器搭建实验模型，验证自己的设计实验内容。这样让学生从被动的参与者转化为主动参与者，不但能够提高学生的动手能力，还