《信號與系統》虛擬教學仿真平臺設計

摘要：本文介紹了基于MATLAB的《信號與系統》課程的虛擬教學仿真平臺。該平臺包含了《信號與系統》教學中的重點和難點內容，通過圖形化方式和交互式平臺，直觀顯示教學實驗內容和結果，幫助學生理解《信號與系統》的原理和分析方法，提高學生學習該課程的興趣和學習效果。

關鍵詞：虛擬教學仿真平臺；信號與系統；Matlab

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0176-02

長久以來，我國高校將《信息處理技術》課程定位為專業技術基礎課，側重于書本知識和理論教育，采用授課式的教學模式。這種教學模式使得課堂教學形式比較傳統，課程之間知識融合的內容較少，一些驗證性實驗也不能滿足高素質創新性人才的培養要求。因此，為了在條件受限的情況下上好每一堂課，可以通過虛擬教學仿真平臺進行基于案例分析的教學方法，設計既可用于理論課程講授，又可用于實踐課程的具有學科交叉特點的虛擬仿真平臺，有效提高信息處理技術類課程的教學質量，強化不同課程之間的有機融合。

一、平臺構架

虛擬教學仿真平臺必須具有可視化的特點，操作方便、直觀，學生通過平臺界面進入相應的環境后，可以直接進入教學實驗界面項目，設置和調整相應的仿真參數，進行教學和實驗內容的理解、驗證。或者任意進入感興趣的實驗項目，通過對仿真教學實驗結果進行比較分析，自覺發現自己學習中存在的問題，提高獨立思考問題、分析問題的能力。整個平臺系統按照教學內容包括：信號基礎、信號分析、信號變換、系統分析、系統響應、系統設計、通信系統和DSP應用等幾個環節，將《信號與系統》與實際應用以及后續的教學課程有機結合起來。

仿真平臺的設計內容：本仿真系統結合信號系統課程的重點和難點，由若干個子系統構成組成，每個子系統由若干個實驗構成，效果形象逼真，純軟件的操作環境，使師生在課堂上可以使用該軟件模擬實際信號和系統，完成課程教學和知識拓展的相關要求，并可以在課堂教學中動態演示，豐富教學內容，強化學生對重點難點的理解。

每個可以仿真的內容都綜合了目前國內外的教材，概括了所有的知識點。例如，信號基礎主要是產生模擬和離散的方波、正弦波、指數信號等各種基本信號以及這些信號的基本運算，包括微分、差分、積分和卷積等，這些信號的基本參數可以根據需要進行調節，也可以根據需要向虛擬平臺內添加合適的信號，保證虛擬平臺的靈活性。該虛擬平臺系統中信號基礎的主界面如圖2所示。在該界面中，只需點擊相應的按鍵，在彈出的實驗界面中輸入相應參數，系統平臺就會執行后臺M文件，顯示實驗運行結果數據和圖形。當然，該平臺對學生理論基礎也提出了很高要求，對現象的原理性分析和總結可以達到提高學生分析理解和總結問題的能力。例如，對周期鋸齒波信號的分解與合成（如圖3所示），需要學生掌握周期信號分解與合成的原理，理解各次諧波分量的幅度和頻率之間的關系，理解周期信號頻譜的特點，理解合成信號的吉布斯現象產生的原因等。

該平臺系統通過友好的人機交互界面就可以操作軟件，演示《信號與系統》課程的重點和難點，以圖形的形式形象、生動地重現各種現象，便于學生理解，同時增強了學生的學習興趣和積極主動性，讓學生把精力重點放在理論內容的理解上。

二、結論

論文主要介紹了《信號與系統》虛擬仿真平臺的設計思想和方法，通過具體示例說明系統的實現過程。該系統可以使學生由淺入深地進行動態交互式學習，克服了實際試驗儀器的部分缺點，可以有效地提高教學質量，加深學生對各知識點的理解。

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