基于Matlab的“信號與系統”教學輔助平臺的設計

魯瑩++鐘麗輝++李莎++徐全元

摘要： 結合電子信息工程專業的教學改革，針對專業基礎課“信號與系統”教學中存在的理論繁雜、教難學更難的問題，基于Matlab的GUI編程方法設計教學輔助平臺。該平臺緊扣教學大綱，操作簡單，形象直觀。平臺包含8個模塊，55個界面，內容以章節為單位，包含課件，知識點，重要算法的動態仿真及課后習題及解答。其中，算法仿真部分參數可調，不僅具有仿真結果，還附有matlab程序源代碼。實踐證明，結合該平臺進行教學可較大提升教學效果和學習效率。此外，該平臺具有擴展性，可作為其它信號處理類課程的教學輔助。

關鍵詞：Matlab GUI；信號與系統；教學輔助

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信號與系統”是電子信息工程專業的一門基礎主干課程，它以信號特性和處理等工程問題為背景，結合高等數學、線性代數、復變函數、電路分析等理論對確定性信號進行時域、頻域和復頻域分析，是將學生從電路分析的知識領域引入信號處理與傳輸領域的關鍵課程，也對后續專業課程如“通信原理”、“數字信號處理”等起著承上啟下的作用[1]。該課程概念抽象，數學公式推導較為繁雜，結果較難理解。該課程的傳統教學方式多采用單一的理論教學，或配有少數硬件設備諸如信號與系統實驗箱等以進行少學時的實驗教學。由于硬件設備價格昂貴，數量有限，加上實驗學時的限制，學生主要依靠做習題來鞏固和理解教學內容，對課程中大量應用性較強的內容不能實際動手設計、仿真和分析，嚴重影響并制約了教學效果。為了從一定程度上緩解學生在學習過程中存在理論和實踐嚴重脫節的問題，論文采用面向對象程序設計方法及層次化思想，基于Matlab的圖形用戶界面GUI（Graphic User Interface）設計了“信號與系統”教學輔助平臺。借助該平臺，可幫助學生更好地理解和掌握信號處理中的基本理論和分析方法，激發學習興趣，從而達到良好的教學效果。

1平臺總體結構框圖

平臺的總體功能框圖如圖1所示。平臺和教學內容保持一致，以章節內容進行劃分，包括8大模塊： 55個GUI界面。為簡化每個基本模塊的設計，論文采用層次設計方法，將每個基本模塊又分解為若干個子模塊，子模塊下面還可以包括子模塊。章節模塊包含課件，知識點，重要算法的動態仿真，課后習題及解答。其中算法仿真模塊結構框圖如圖2所示。限于篇幅，論文后續僅抽取部分章節進行介紹。

2仿真平臺的Matlab GUI設計

2.1登錄界面

登錄界面是用戶訪問平臺的第一個界面，如圖3所示。出于對安全性的考慮，用戶需要輸入正確的用戶名和密碼后方可進入，其中用戶名和密碼存儲在excel文件中。

2.2主界面

登錄成功后則進入系統主界面，如圖4所示。主界面以菜單的形式列出每一章節的內容。

2.3參數可調的連續信號運算

摘要： 結合電子信息工程專業的教學改革，針對專業基礎課“信號與系統”教學中存在的理論繁雜、教難學更難的問題，基于Matlab的GUI編程方法設計教學輔助平臺。該平臺緊扣教學大綱，操作簡單，形象直觀。平臺包含8個模塊，55個界面，內容以章節為單位，包含課件，知識點，重要算法的動態仿真及課后習題及解答。其中，算法仿真部分參數可調，不僅具有仿真結果，還附有matlab程序源代碼。實踐證明，結合該平臺進行教學可較大提升教學效果和學習效率。此外，該平臺具有擴展性，可作為其它信號處理類課程的教學輔助。

關鍵詞：Matlab GUI；信號與系統；教學輔助

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信號與系統”是電子信息工程專業的一門基礎主干課程，它以信號特性和處理等工程問題為背景，結合高等數學、線性代數、復變函數、電路分析等理論對確定性信號進行時域、頻域和復頻域分析，是將學生從電路分析的知識領域引入信號處理與傳輸領域的關鍵課程，也對后續專業課程如“通信原理”、“數字信號處理”等起著承上啟下的作用[1]。該課程概念抽象，數學公式推導較為繁雜，結果較難理解。該課程的傳統教學方式多采用單一的理論教學，或配有少數硬件設備諸如信號與系統實驗箱等以進行少學時的實驗教學。由于硬件設備價格昂貴，數量有限，加上實驗學時的限制，學生主要依靠做習題來鞏固和理解教學內容，對課程中大量應用性較強的內容不能實際動手設計、仿真和分析，嚴重影響并制約了教學效果。為了從一定程度上緩解學生在學習過程中存在理論和實踐嚴重脫節的問題，論文采用面向對象程序設計方法及層次化思想，基于Matlab的圖形用戶界面GUI（Graphic User Interface）設計了“信號與系統”教學輔助平臺。借助該平臺，可幫助學生更好地理解和掌握信號處理中的基本理論和分析方法，激發學習興趣，從而達到良好的教學效果。

1平臺總體結構框圖

平臺的總體功能框圖如圖1所示。平臺和教學內容保持一致，以章節內容進行劃分，包括8大模塊： 55個GUI界面。為簡化每個基本模塊的設計，論文采用層次設計方法，將每個基本模塊又分解為若干個子模塊，子模塊下面還可以包括子模塊。章節模塊包含課件，知識點，重要算法的動態仿真，課后習題及解答。其中算法仿真模塊結構框圖如圖2所示。限于篇幅，論文后續僅抽取部分章節進行介紹。

2仿真平臺的Matlab GUI設計

2.1登錄界面

登錄界面是用戶訪問平臺的第一個界面，如圖3所示。出于對安全性的考慮，用戶需要輸入正確的用戶名和密碼后方可進入，其中用戶名和密碼存儲在excel文件中。

2.2主界面

登錄成功后則進入系統主界面，如圖4所示。主界面以菜單的形式列出每一章節的內容。

2.3參數可調的連續信號運算