增强电子信息实验教学质量范文

0引言

目前，我国开设了电子信息类专业的高校中，大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台，用于定理或者算法的仿真与验证。以三峡大学理学院电子信息科学与技术专业为例，专业课程中的《信号与系统》、《数字信号处理》、《数字图像处理》等，都在实验教学中利用Matlab软件对定理或者算法进行仿真验证，较好的提高了专业课的实验教学质量。但是，在目前的实验环节中，主要是采用Matlab语言编程，利用绘图函数，观察实验结果。这种方法虽然可以加深学生对某种算法的理解，但是与专业相关后续课程没有明显的结合，也没有培养学生模块化编程的思想。本文从Matlab软件内建的Simulink组件的功能出发，讨论了该组件在电子信息类专业课程实验中的应用，并以《数字信号处理》课程实验为例，分析了引人Simulink组件的效果，为进一步提高电子信息类专业实验教学质量提供了新的思路和方法。

1实验课程的性质分类与作用

理工科大学生就业主要是依靠动手能力，而实验教学是培养学生动手能力的重要途径。目前，各高校都非常重视实验教学的质量，实验教学所占比例逐年提高，部分专业实验学时数甚至超过了理论课程学时数。以三峡大学理学院电子信息科学与技术专业为例，2010版培养方案中实验教学占总学时的比例，由上一版培养方案中的26%提高到33%，增加了7个百分点。按照实验性质的分类，可以将实验分为验证性实验、设计性实验和综合性实验三种。验证性实验主要是对课程内容的仿真验证；设计性实验主要是在算法验证的基础上，学生自己的新设计思想在实验中的体现；综合性实验主要是在实验中体现学生对专业课程所学内容的综合运用能力。增加设计性实验和综合性实验在实验环节中的比例，是提高实验教学质量的有效办法。以三峡大学理学院电子信息科学与技术专业为例，2008-2009学年设计性、综合性实验开出情况如表1所示，实验项目中设计性、综合性实验所占的比例明显高于验证性实验。只有提高综合性、设计性实验的质量和效果，才能有效的提高学生的动手能力和实践能力，才能保障学生在就业市场中的竞争力。

2Simulink对于实验教学质量提高的作用

Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink的这一特性，一方面，可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面，可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS算法为例，如果直接采用Matlab编程的方法，可能需要花费大量的时间和精力在代码的调试过程中，代码长度将达到200行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想，如图1所示，只需要鼠标对模型的拖拽，就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库，采用图形化的表示方法，学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍，思路清晰，参数的调整也十分便捷，广受学生欢迎。由此可见，引入Simulink组件后的实验，既不会影响实验效果，又能够提高实验效率，对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。

3Simulink组件在数字信号处理课程实验中的应用效果

三峡大学理学院电子信息科学与技术专业《数字信号处理》课程小组在针对2007级学生的实验环节中，引入了Simulink组件辅助教学，取得了较好的教学效果。该门课程开设的实验有：信号的分解与合成、采样定理验证、FIR滤波器设计、IIR滤波器设计、自适应滤波器设计。其中，FIR滤波器设计、IIR滤波器设计、自适应滤波器设计均采用Simulink组件进行模块化的设计方法，学生掌握情况较好。以FIR滤波器设计为例，实验时间为两学时，共90分钟。如果采用传统的Matlab直接编程方法，从“信号的产生”→“滤波器参数”→“滤波效果观测”所需的程序代码约为60行。学生编写一个FIR滤波器程序所需时间平均为40分钟，部分编程基础较差的学生需要花费50分钟以上才能完成。如果考虑到更换滤波器类型和参数，修改程序的时间为平均20分钟。如此一来，一次实验课程中剩余给学生自由发挥、自主设计的时间不足30分钟。如果采用Simulink组件，信号产生模块和滤波模块的调用时间平均为20分钟，修改滤波器类型和参数的时间为平均10分钟。这种方式下，一次实验课程中剩余给学生自由发挥、自主设计的时间可达60分钟。Simulink组件在培养学生的自主思考和设计的能力方面优势明显，见表2所示时间分布对比。据课程考试情况，90%以上的学生对于数字滤波器的设计有了深入的理解，掌握了Simulink组件中数字信号处理模块的调用和参数调试方法，为后续课程的开展打下了良好的基础。

4结论

文章分析了MatlabSimulink组件在提高电子信息类专业实验教学质量中的应用，并以三峡大学理学院电子信息科学与技术专业的实验教学为例，说明了Simulink组件引入后对实验效率的提高作用，验证了推广Simulink组件在电子信息类专业实验中的可行性和必要性，为提高电子信息类专业实验教学质量，进而提高学生的动手能力与创新意识，提供了新的思路和方法。