CDIO模式下数值计算实训平台的设计

张娜 王园园 杨琳

摘 要：数值计算实训是电类专业学生以实践为主的课程，在“新工科”培养应用型人才的建设背景下，为了使学生获得更丰富知识的同时提升个人能力、人际交往能力、系统和过程的建设能力， 本文提出以CDIO工程教育模式为理念，以图形界面设计工具GUI为开发平台，将数值计算实训课程与项目模块相结合的教学模式，该项目模块包含：信号处理、图像处理、计算器设计及游戏设计。这四个模块采用可视化、交互式界面进行展示，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行构思、设计、实施和运行，培养学生解决实际工程问题的能力，协助教师进行教学，并将其应用于其它课程。

关键词：数值计算实训;CDIO;GUI;实验平台

Abstract：The digital computing training is a practice-oriented course for students majoring in electrical engineering. Under the background of training applied talents in the "New Engineering"， in order to enable students to acquire more knowledge， to improve personal ability， interpersonal communication ability， system and process construction ability， this paper puts forward a teaching mode which combines digital computation training course with project module based on CDIO engineering education mode and GUI， and a graphic interface design tool. The project module includes signal processing， image processing， calculator design and game design. These four modules are displayed by visual and interactive interfaces which enable students to conceive， design， implement and operate in an active， practical and organic way， and train students' ability to solve practical engineering problems， and assist teachers in teaching. They can be applied to other courses.

Key words：digital computing training;CDIO;GUI;experimental platform

0 引言

應用型院校既培养学生在掌握理论知识的同时要重视实践训练，实现在毕业后能够与社会、各企业进行零接触对接，从而向社会、企业输送应用型人才的目标[1]。“数值计算实训”课程是一门实践性的教学课程，探索数值计算实训课程的实践教学，培养应用型和创新型人才在电子专业的实践教学中尤为重要[2]。传统课堂教学以“老师讲解，学生被动接受”作为主线，学生在学习课程时常常感到无聊并失去学习兴趣，这反过来影响了他们学到的知识。

为了提高学生的学习兴趣，提升实践培训课程的知识，并将所学知识应用到实际项目，为了提高应用知识解决实际问题的能力，有必要改革现行课程的常规教学模式。

让学生在提高个人能力、人际交往能力以及构建系统和流程能力的同时获得更多知识。也就是说，工程的质量和能力，目前最好的解决方案是使用由四所大学组成的跨国研究机构提出的CDIO工程教育模型，包括麻省理工学院和瑞典皇家理工学院。即将构思 （Conceive）、设计 （Design）、实施 （Implement） 和运行（Operate） 运用到教学的全过程[3-4]。学生以积极、实用和有机的方式学习，培养学生解决实际工程问题的技能。

在“新工科”应用型人才队伍建设的背景下，本文结合CDIO工程教育理念，以图形界面设计工具GUI为开发平台，设计将数值计算实训课程与项目模块相结合，它还融入教学过程，在课堂教学中展示，使学生更好地理解和吸收其本质。

1 CDIO模式下“数值计算实训”平台的构建

基于CDIO工程教育理念，结合工程人才培养目标的特点，针对电类专业的基础课程结构进行研究与分析，按内容的关联性融合为若干独立的教学模块，再采用MATLAB的图形用户界面GUI作为开发平台，设计出数值计算实训仿真平台的结构图，整个平台的构架包括4个项目模块：信号处理、图像处理、计算器设计和游戏设计，如图1所示。

2 基于GUI的“数值计算实训”平台的实现

2.1 主界面的设计与实现

基于GUI的“数值计算实训”主界面的设计实现，如图2（a）所示。在开始界面中单击“开始”后，用户可以单击相应的按钮，进入四个教学案例模块界面，如图2（b）所示。

2.2 基于MATLAB的信号处理的设计与实现

信号处理类学习“数字信号处理”课程的原理知识，并使用MATLAB作为仿真工具，录制长度约为10S的语音，添加高斯噪声以模拟有噪声的语音信号，并分析噪声前后的时域和频域特性。然后设计一个滤波器来滤除带噪声的语音信号[5]，最后比较滤波效果，有噪声的语音信号处理界面，如图3所示。