《数字信号处理 二》课程网络教学平台开发与应用

陈　丹　柯熙政



《数字信号处理二》课程网络教学平台开发与应用

陈丹柯熙政

（西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048）

《数字信号处理二》是面向工科研究生的一门实用性强、理论丰富且概念抽象的重要课程。针对目前教学中存在的实际问题，本文提出建立开放性的网络教学平台对教学环节进行改革和实践探索。网络教学平台注重实用性与可靠性，从系统的设计开发原则、模块架构、实现方法、课程内容涵盖等多方面进行开发实践，力求丰富教学手段，精选课程内容，培养学习兴趣，突出物理概念及实际应用，增强学生分析和解决问题的能力，可灵活地指导学生学习。实践表明，网络教学平台的开发与应用，为教学改革探索了一条有效途径，取得了较好的效果，受到师生的好评。

网络教学平台；开发与应用；数字信号处理

1　传统教学方法存在的问题

《数字信号处理二》是面向通信、控制专业等工科类研究生非常重要的学位课，课程主要内容涵盖离散随机信号分析、最优线性滤波、功率谱估计、自适应滤波、同态滤波及时频分析等多个方面，在科学研究和工程实践中都具有重要的意义。该课程实用性强，理论丰富且概念抽象。传统的课堂讲授授课方式相对单一，课时有限，难以达到理想教学效果，而且不同代课教师的教学重点不同，学生基础又参差不齐，很难把握所有学生的专业特点规律，学生普遍反映大量该课程的数学算法理解、掌握比较困难，理论和实际应用难以结合。

2　开发网络教学平台目的和意义

针对《数字信号处理二》课程特点，结合教学实际情况，从教学环节进行改革和探索，课题组开展网络教学平台的开发与应用研究，目的是优化教学方法、丰富教学手段、激发学习兴趣，突出理论概念的物理意义和实际工程应用，使学生能够在丰富的工程仿真实例下，去理解抽象的数学推导，灵活掌握学习重点和学习时间。网络教学平台的留言模块也可以让师生之间针对所学理论知识与实践相结合所遇到的问题及时进行探讨和研究，真正掌握所学理论知识，做到学以致用。

网络教学平台是一个面向师生相对开放的自主教学与学习系统，创造一个可满足学生在线学习需求的网络环境和丰富的学习资料下载与上传平台。学生可以通过教学平台下载大量实验数据，包括音频、图像、医学信号以及陀螺仪、无人机、脉冲星、雷达测试、大气光通信等信号，通过建立实验仿真系统掌握所学的维纳滤波、卡尔曼滤波、自适应滤波以及时频域信号处理算法。网络教学平台具有开放性、学习指导性、可视性、灵活性及自我评价性，具备典型题库与解答，实验指导与实例仿真等特点。可针对具备不同学习特征的使用者，优化教学内容，创建差异化的网上学习环境和资料，构建学生各学习阶段所需知识层次内容，使学生能够更快、更好的循序渐进学习，并可分阶段进行自我评价，了解知识掌握情况。为《数字信号处理二》课程的教学与实践开辟了新的思路和途径，对提高教学效果具有重要意义。

3　网络教学平台的开发

网络教学平台是充分利用各种网络技术手段和多媒体技术，遵照教育体系的形式，契合教学法令，联结相干的教育实际思维而构建的网上教学环境。教学平台的开发必需建立一个可交流、相对开放、简单易用的环境，为教师在网络平台上的教学工作和学生在网络上的学习需求提供帮助，让老师获得更好的教学效果，为学生展开自主性和开放性学习提供良好的平台环境。

3.1国外现状

网络教学平台在欧美发达国家已经形成了规模。美国是最早开始开发和研究远程网络教育的国家之一，参与学习到网络教学平台的学生人数以每年300％的速度飞速增长，在美国众多的知名大学中超过l／4的课程是通过网络教学平台教授给学生们的。其它西方很多发达国家也相继开始研究并且在网络教学平台方面取得了巨大的突破和成功[1]。美国blackboard公司研发的网络教学数位平台Blackboard[2]，还有IBMLearningSpace、Atutor、Claroline平台，加拿大的BritishColumbia计算机科学研究部门专门为各类高校研发的多步课程传播和治理系统WebCourse Tools等等。总之，国外发达国家的网络教学平台不仅种类繁多，而且系统功能十分丰富。

3.2国内现状

在我国，网络教学平台的开发仍然属于开始起步发展阶段。其中，有几个相对而言较为完善的网络教学平台：（1）奥鹏教育平台。该平台是目前我国最大、应用程度最广的网络教学平台系统，是基于中央电大公布的教学体系管理开发的。（2）4A网络教学平台。该平台是高等教育出版社利用电子图书教材开发的一款应用良好的网络教学平台，截至2008年，注册该平台的学生用户已经超过了1亿人。(3)网络教育通用平台。基于网络的多媒体教育平台主要功能包括：教师教学、教务管理以及通用信息服务等。(4)清华网络学堂。该网络学堂教学系统是由清华大学继续教育学院开发研究，属于网络教学支持平台。主要包括课件的下载、资料库的阅读以及文档的上传，这些功能由完整的教学支持软件和整套的服务软件来实现[3]。

4　网络平台系统的开发与实现

4.1系统性能要求

由于网络教学平台系统包含与教学相关的较重要信息，因此必须确保平台系统安全性、一致性和可靠性，最大程度满足用户需求。

（1）安全性：学生和管理员具有不同类型的平台使用限制，管理员有权上传、修改数据库中的数据，而学生只能阅读访问网站内容并下载自己所需的资料。

（2）一致性：网络教学平台系统的数据必需确保一致性，当数据库中的一个数据变动时，相应的数据信息也将会改变。

（3）可靠性：数据量较大，必须对数据及时进行备份与恢复。

4.2系统设计原则

在满足教学需求的基础上，为提高工作效率和完善管理，文章教学网络系统的主要设计原则为：

（1）结构完整、模块化：系统结构模块化设计，完整清晰，功能和内容增减方便，实现网络教学平台既能高效完成现有的功能需求，还可以在未来使用过程中依据学生上机实验的反馈添加功能和内容；

（2）信息数据标准化：全部的信息数据格式使用权威部门发行的最新标准；

（3）技术实用化：采用成熟技术体系确保系统稳定性和实用性，使系统能发挥出最高效益，增加平台的使用年限。

（4）管理统一化：本平台依附于互联网，可实现数据统一化管理和资料统一化上传。

（5）反馈实时化：可以实时对学生的请求进行处理和反馈；

（6）维护方便化：网络教学平台的开发符合平时的使用的要求，各类功能较为完善，使用操作简单，维护方便；

依据以上设计原则，《数字信号处理二》网络教学平台的主结构采用树形结构，单个功能网页使用网状结构。 网络教学平台分为八个组成模块：教学资料、通告、算法仿真、学生网页、检测、师生交流、教务管理及课程详情。

4.3系统构架

本网络教学平台系统采用Browser/Web/DataBas三层体系结构。在Browser的系统中，每个登录网站的学生可以通过浏览器向服务器数据库发送请求，同时，数据库对学生的操作请求进行处理，将学生所需要的信息反馈到浏览器。在B/S结构的数据库中，客户端通用的浏览器软件就可以实现用户的同步输入和输出，而所有网络程序都在平台终端安装。每个学生用户对系统的请求和程序的运行都在平台终端进行。当学生访问者点击并发送访问信息时，这一系列的处理工作都将依靠Web Server系统处理和反馈[4]。

B/S结构分为三层体系：数据层、功能层和表示层，是三个独立的构造。第一层：表示层，Web浏览器；第二层：功能层，系统服务器；第三层：数据层，SQL数据库。三层体系结构如图1所示[4]：

图1.B/S三层体系结构

4.4系统总体架构表

系统总体架构包括七个部分，前端应用管理系统B/S结构，用户资料系统，前端应用管理系统B/S结构，管理员系统，资料下载系统，SQL Server 2000，Windows 7。

5　系统实现

5.1系统功能模块

网络平台在实现时力求简洁实用，让学生一目了然，迅速掌握使用方法。功能模块采用树状结构，简单易学。系统功能模块如图2所示。

图2.系统功能模块

网络教学平台系统的界面主要分成两部分，分别为顶部导航栏页面、下部主页面。主页面顶部导航栏：我的课堂、待上课程、资料下载、个人中心。

5.2页面功能模块实现

①课程页面：主要用于学生和老师查看课程的所有信息。

②待上课程：此页面主要介绍了学生即将要上的课程内容信息及时间。

③资料下载：主要列出了可供下载的资料名称及大小。

④个人中心：个人中心页面主要设计了学生信息及意见留言的填写。

（a）课程页面

（b）待上课程页面

（c）资料下载页面

（d）个人中心

图3.页面功能模块

6　总结与展望

《数字信号处理二》网络教学平台的开发与实践探索，紧密契合本课程特点，基于长期教学实践中的经验总结，为适应新形势和新技术条件下教学改革，改进教学形式，提高教学效果而进行的一次有益的尝试。网络教学平台已经完成了大部分代码测试，目前正在进一步完善性能和功能模块，部分功能已经上线试用，受到了师生的好评。

[1]贺平,李修和,靳立世.网络教学平台的设计与实现[J].电脑知识与技术,2007,(2):571-572.

[2]苗向阳,顾准.基于B_S模式的高职定岗实习网络教学平台设计[J].职业技术,2013,(10):50-51.

[3]王珠珠,张维远.我国普通高校网上教学平台及网站建设的现状分析[J].中国远程教育,2005,(2):40-44.

[4]杨磊蕾.基于BS模式的学生学籍管理系统的设计与实现[J].科技资讯,2013,(21):30-31.

（责任编校：宫彦军）

2016－02－20

陕西省教育厅教改项目（项目编号15BY34），西安理工大学教学研究项目（项目编号xjy1403；2016-zx-368）。

陈丹(1975－)，女，陕西汉中人，博士，讲师，研究方向为大气激光通信及信号处理。

G434

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1673-2219（2016）10-0044-03