增強(qiáng)電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

增強(qiáng)電子信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

0引言

目前，我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中，大局部都將Matlab軟件作為重要的試驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，用于定理或者算法的仿真與驗(yàn)證。以三峽大學(xué)理學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，專業(yè)課程中的《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《數(shù)字圖像處理》等，都在試驗(yàn)教學(xué)中利用Matlab軟件對定理或者算法進(jìn)展仿真驗(yàn)證，較好的提高了專業(yè)課的試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。但是，在目前的試驗(yàn)環(huán)節(jié)中，主要是采納Matlab語言編程，利用繪圖函數(shù)，觀看試驗(yàn)結(jié)果。這種方法雖然可以加深學(xué)生對某種算法的理解，但是與專業(yè)相關(guān)后續(xù)課程沒有明顯的結(jié)合，也沒有培育學(xué)生模塊化編程的思想。本文從Matlab軟件內(nèi)建的Simulink組件的功能動(dòng)身，爭論了該組件在電子信息類專業(yè)課程試驗(yàn)中的應(yīng)用，并以《數(shù)字信號(hào)處理》課程試驗(yàn)為例，分析了引人Simulink組件的效果，為進(jìn)一步提高電子信息類專業(yè)試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量供應(yīng)了新的思路和方法。

1試驗(yàn)課程的性質(zhì)分類與作用

理工科大學(xué)生就業(yè)主要是依靠動(dòng)手力量，而試驗(yàn)教學(xué)是培育學(xué)生動(dòng)手力量的重要途徑。目前，各高校都特別重視試驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，試驗(yàn)教學(xué)所占比例逐年提高，局部專業(yè)試驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)甚至超過了理論課程學(xué)時(shí)數(shù)。以三峽大學(xué)理學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，2023版培育方案中試驗(yàn)教學(xué)占總學(xué)時(shí)的比例，由上一版培育方案中的26%提高到33%，增加了7個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)試驗(yàn)性質(zhì)的分類，可以將試驗(yàn)分為驗(yàn)證性試驗(yàn)、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)和綜合性試驗(yàn)三種。驗(yàn)證性試驗(yàn)主要是對課程內(nèi)容的仿真驗(yàn)證；設(shè)計(jì)性試驗(yàn)主要是在算法驗(yàn)證的根底上，學(xué)生自己的新設(shè)計(jì)思想在試驗(yàn)中的表達(dá)；綜合性試驗(yàn)主要是在試驗(yàn)中表達(dá)學(xué)生對專業(yè)課程所學(xué)內(nèi)容的綜合運(yùn)用力量。增加設(shè)計(jì)性試驗(yàn)和綜合性試驗(yàn)在試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的比例，是提高試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效方法。以三峽大學(xué)理學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，2023-2023學(xué)年設(shè)計(jì)性、綜合性試驗(yàn)開出狀況如表1所示，試驗(yàn)工程中設(shè)計(jì)性、綜合性試驗(yàn)所占的比例明顯高于驗(yàn)證性試驗(yàn)。只有提高綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的質(zhì)量和效果，才能有效的提高學(xué)生的動(dòng)手力量和實(shí)踐力量，才能保障學(xué)生在就業(yè)市場中的競爭力。

2Simulink對于試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提高的作用

Simulink是Matlab最重要的組件之一，它供應(yīng)一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡潔直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出簡單的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、構(gòu)造和流程清楚及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、敏捷等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于掌握理論和數(shù)字信號(hào)處理的簡單仿真和設(shè)計(jì)。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)展建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink供應(yīng)了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)立過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它供應(yīng)了一種更快捷、直接明白的方式，而且用戶可以馬上看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink的這一特性，一方面，可以使算法的驗(yàn)證更為簡潔，削減學(xué)生投入在驗(yàn)證性試驗(yàn)中所用的時(shí)間，而將大局部精力投入到設(shè)計(jì)性、綜合性試驗(yàn)中；另一方面，可以使學(xué)生更快捷的驗(yàn)證新思路、新算法，而不會(huì)由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新試驗(yàn)的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典RLS算法為例，假如直接采納Matlab編程的方法，可能需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力在代碼的調(diào)試過程中，代碼長度將到達(dá)200行以上。而假如采納Simulink組件模塊化設(shè)計(jì)的思想，如圖1所示，只需要鼠標(biāo)對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink供應(yīng)了豐富的元件庫，采納圖形化的表示方法，學(xué)生在進(jìn)展算法驗(yàn)證的時(shí)候只需調(diào)用成熟的模塊進(jìn)展參數(shù)設(shè)計(jì)即可。這樣的試驗(yàn)方法事半功倍，思路清楚，參數(shù)的調(diào)整也非常便捷，廣受學(xué)生歡送。由此可見，引入Simulink組件后的試驗(yàn)，既不會(huì)影響試驗(yàn)效果，又能夠提高試驗(yàn)效率，對學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進(jìn)作用。

3Simulink組件在數(shù)字信號(hào)處理課程試驗(yàn)中的應(yīng)用效果

三峽大學(xué)理學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《數(shù)字信號(hào)處理》課程小組在針對2023級學(xué)生的試驗(yàn)環(huán)節(jié)中，引入了Simulink組件幫助教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。該門課程開設(shè)的試驗(yàn)有：信號(hào)的分解與合成、采樣定理驗(yàn)證、FIR濾波器設(shè)計(jì)、IIR濾波器設(shè)計(jì)、自適應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)。其中，F(xiàn)IR濾波器設(shè)計(jì)、IIR濾波器設(shè)計(jì)、自適應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)均采納Simulink組件進(jìn)展模塊化的設(shè)計(jì)方法，學(xué)生把握狀況較好。以FIR濾波器設(shè)計(jì)為例，試驗(yàn)時(shí)間為兩學(xué)時(shí)，共90分鐘。假如采納傳統(tǒng)的Matlab直接編程方法，從“信號(hào)的產(chǎn)生”→“濾波器參數(shù)”→“濾波效果觀測”所需的程序代碼約為60行。學(xué)生編寫一個(gè)FIR濾波器程序所需時(shí)間平均為40分鐘，局部編程根底較差的學(xué)生需要花費(fèi)50分鐘以上才能完成。假如考慮到更換濾波器類型和參數(shù)，修改程序的時(shí)間為平均20分鐘。如此一來，一次試驗(yàn)課程中剩余給學(xué)生自由發(fā)揮、自主設(shè)計(jì)的時(shí)間缺乏30分鐘。假如采納Simulink組件，信號(hào)產(chǎn)生模塊和濾波模塊的調(diào)用時(shí)間平均為20分鐘，修改濾波器類型和參數(shù)的時(shí)間為平均10分鐘。這種方式下，一次試驗(yàn)課程中剩余給學(xué)生自由發(fā)揮、自主設(shè)計(jì)的時(shí)間可達(dá)60分鐘。Simulink組件在培育學(xué)生的自主思索和設(shè)計(jì)的力量方面優(yōu)勢明顯，見表2所示時(shí)間分布比照。據(jù)課程考試狀況，90%以上的學(xué)生對于數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有了深入的理解，把握了Simulink組件中數(shù)字信號(hào)處理模塊的調(diào)用和參數(shù)調(diào)試方法，為后續(xù)課程的開展打下了良好的根底。

4結(jié)論

文章分析了MatlabSimulink組件在提高電子信息類專業(yè)試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量中的應(yīng)用，并以三峽大學(xué)理學(xué)院電子信息科