机电信号处理网络课程的建设探讨

谢军　张涵　王涛

【摘要】在机械电子工程本科专业中，自动控制和信号分析课程内容较为抽象、难度较大，学生学习兴趣也不大、积极性不高。因此，如何充分现代的图形图像技术和网络技术，来促进这两门课程的教学，是一个重要的研究课题。我们希望建立机电信号处理的网络课程，帮助学生更好地掌握这两门课程的重要内容。

【关键词】信号处理 网络课程 仿真 Python

【基金项目】海南大学2017年度教育教学改革研究课题；项目编号：hdjd1702。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）50-0220-01

一、课程建设背景

随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，机械电子工程本科专业中信号与信息处理密切相关的两门专业课程《自动控制原理》和《传感器技术》，既历史悠久又是面貌全新。在研究对象、研究内容和研究方法上都发生了深刻的变化，某些方面受到最新技术发展的冲击，但是尚未构成大幅度更新和重组课程体系的局面。它的特点是内容体系比较完整，理论性较强，既有较为严格的数学基础，又有现代技术的实践背景。并且，这两门课程有着前后关联、一脉相承的关系。

如何在相对稳定中求变革，如何在讲授传统内容的过程中体现现代气息，如何使经典理论与最新技术相融合，如何使创新走进课堂，把思维还给学生，如何为这些课程的学习提供一个系统性、形象性的网络学习环境，是我们希望解决的问题。

我们把两门课程中的内容前后连贯的部分进行有机地整合。特别是为两门课程当中相关的相关知识点提供了非常直观方便的联系渠道。对课程中的重点内容和学生难以理解的部分，特别是非常深奥非常理论化的部分，形象地加入模拟和动态仿真功能，以利于学生更好的理解吸收和掌握，并以利于更新实验内容，体现现代技术的学习氛围。给学生从预习到作业答疑等提供了一整套完整的功能。让学生在课后可以根据自己的需要随时进行学习。选用目前风靡世界功能强大的Python程序设计语言来设计网站，同时用Python开发可进行交互式的实验仿真模块，在网站中大量加入動态仿真和模拟功能以配合理论教学。

二、国内外研究现状

国外有一部分网站主要是提供了MATLIB仿真功能。比如Edward W.kamen提供的为Fundamentals of Signals and Systems Using the Web and MATLIB 教材提供的网上演示和MATLIB实例，学生可以改变参数以便观察得到的结果。Joyce Van为Fundamentals of Digital Signal Processing教材提供的一些MATLIB仿真实例，可以非常形象的观测信号处理的全过程。但是这些网站在交互式处理方面，给学生发挥的余地非常少。并且Matlab为收费软件购买费用高，而Python为免费软件。

国内不少大学大部分网站主要只是提供了一种电子书的功能，只是把课本搬到了网上而已，而没有加入信号模拟及仿真功能。也有一些网站是提供的flash动画，虽然也能够比较生动表现这两门课程的内容，但是并没有给学生提供比较灵活的交互式操作的功能。有极少一部分提供的模拟仿真功能，主要是在于网页嵌入的动画方面。但是做得还不是很完善。其余的网站，主要是提供非常理论化的仿真，虽然也做得比较完善，但是不适合给学生的教学。

三、项目研制开发内容

本项目主要开发方式如图1所示：

1.确定教学大纲和教学内容

主要以目前这两门课程所采用的教材为蓝本，并参考国内外出版的比较权威和具有较大使用范围的其它教材，并结合网络课程本身的要求，对相关的技术和知识点重新排序，来编写教学大纲，确定教学内容。

2.总体设计与原型实现

选择一个相对完整的教学单元，设计出一个教学单元的网络课件原型，通过原型设计，确定网络课件的总体风格、界面、导航风格、素材的规格，脚本编写的内容，以及仿真与模拟需要达到的效果。

3.脚本编写

以前面的总体设计和原型实现为依据，根据教学大纲和教学内容，对每个教学单元的内容及其安排以及各单元之间的逻辑关系进行教学设计，编写出脚本。同时适当安排一部分学生作为使用者对脚本进行模拟运行，看是否能达到预期效果，并进行相应修改。

4.素材准备和网站设计

根据脚本的要求，准备所需要的素材，包括文字、图片、声音、动画、视频、案例等。用Python开发网站。对课程中的重点内容，学生难以理解的部分，开发能嵌入在网页中运行的模拟和动态仿真软件，以利于学生更好的理解吸收和掌握。

5.运行维护评价与总结

按照课件脚本的要求，测试系统功能是否达到预期、可靠性和稳定性。并且根据老师学生对使用过程中出现的新问题、新要求进行相应的调整。进行开发过程的技术总结。

参考文献：

[1]解培中.基于网站的信号与系统课程网络辅助教学研究[J].教学研究，2012（5）：62-64

[2]陈林燕.化工设备机械基础教学改革探索[J].课程教育研究，2017（21）

[3]秦科.面向Python应用的大学教学改革初探[J].计算机教育，2017（9）：11-14

[4]雷亚国.基于传动机理分析的行星齿轮箱振动信号仿真及其故障诊断[J].机械工程学报，2014（5）：61-68