《數字信號處理　二》課程網絡教學平臺開發與應用

陳　丹　柯熙政

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《數字信號處理二》課程網絡教學平臺開發與應用

陳丹柯熙政

（西安理工大學 自動化與信息工程學院，陜西 西安 710048）

《數字信號處理二》是面向工科研究生的一門實用性強、理論豐富且概念抽象的重要課程。針對目前教學中存在的實際問題，本文提出建立開放性的網絡教學平臺對教學環節進行改革和實踐探索。網絡教學平臺注重實用性與可靠性，從系統的設計開發原則、模塊架構、實現方法、課程內容涵蓋等多方面進行開發實踐，力求豐富教學手段，精選課程內容，培養學習興趣，突出物理概念及實際應用，增強學生分析和解決問題的能力，可靈活地指導學生學習。實踐表明，網絡教學平臺的開發與應用，為教學改革探索了一條有效途徑，取得了較好的效果，受到師生的好評。

網絡教學平臺；開發與應用；數字信號處理

1　傳統教學方法存在的問題

《數字信號處理二》是面向通信、控制專業等工科類研究生非常重要的學位課，課程主要內容涵蓋離散隨機信號分析、最優線性濾波、功率譜估計、自適應濾波、同態濾波及時頻分析等多個方面，在科學研究和工程實踐中都具有重要的意義。該課程實用性強，理論豐富且概念抽象。傳統的課堂講授授課方式相對單一，課時有限，難以達到理想教學效果，而且不同代課教師的教學重點不同，學生基礎又參差不齊，很難把握所有學生的專業特點規律，學生普遍反映大量該課程的數學算法理解、掌握比較困難，理論和實際應用難以結合。

2　開發網絡教學平臺目的和意義

針對《數字信號處理二》課程特點，結合教學實際情況，從教學環節進行改革和探索，課題組開展網絡教學平臺的開發與應用研究，目的是優化教學方法、豐富教學手段、激發學習興趣，突出理論概念的物理意義和實際工程應用，使學生能夠在豐富的工程仿真實例下，去理解抽象的數學推導，靈活掌握學習重點和學習時間。網絡教學平臺的留言模塊也可以讓師生之間針對所學理論知識與實踐相結合所遇到的問題及時進行探討和研究，真正掌握所學理論知識，做到學以致用。

網絡教學平臺是一個面向師生相對開放的自主教學與學習系統，創造一個可滿足學生在線學習需求的網絡環境和豐富的學習資料下載與上傳平臺。學生可以通過教學平臺下載大量實驗數據，包括音頻、圖像、醫學信號以及陀螺儀、無人機、脈沖星、雷達測試、大氣光通信等信號，通過建立實驗仿真系統掌握所學的維納濾波、卡爾曼濾波、自適應濾波以及時頻域信號處理算法。網絡教學平臺具有開放性、學習指導性、可視性、靈活性及自我評價性，具備典型題庫與解答，實驗指導與實例仿真等特點。可針對具備不同學習特征的使用者，優化教學內容，創建差異化的網上學習環境和資料，構建學生各學習階段所需知識層次內容，使學生能夠更快、更好的循序漸進學習，并可分階段進行自我評價，了解知識掌握情況。為《數字信號處理二》課程的教學與實踐開辟了新的思路和途徑，對提高教學效果具有重要意義。

3　網絡教學平臺的開發

網絡教學平臺是充分利用各種網絡技術手段和多媒體技術，遵照教育體系的形式，契合教學法令，聯結相干的教育實際思維而構建的網上教學環境。教學平臺的開發必需建立一個可交流、相對開放、簡單易用的環境，為教師在網絡平臺上的教學工作和學生在網絡上的學習需求提供幫助，讓老師獲得更好的教學效果，為學生展開自主性和開放性學習提供良好的平臺環境。

3.1國外現狀

網絡教學平臺在歐美發達國家已經形成了規模。美國是最早開始開發和研究遠程網絡教育的國家之一，參與學習到網絡教學平臺的學生人數以每年300％的速度飛速增長，在美國眾多的知名大學中超過l／4的課程是通過網絡教學平臺教授給學生們的。其它西方很多發達國家也相繼開始研究并且在網絡教學平臺方面取得了巨大的突破和成功[1]。美國blackboard公司研發的網絡教學數位平臺Blackboard[2]，還有IBMLearningSpace、Atutor、Claroline平臺，加拿大的BritishColumbia計算機科學研究部門專門為各類高校研發的多步課程傳播和治理系統WebCourse Tools等等。總之，國外發達國家的網絡教學平臺不僅種類繁多，而且系統功能十分豐富。

3.2國內現狀

在我國，網絡教學平臺的開發仍然屬于開始起步發展階段。其中，有幾個相對而言較為完善的網絡教學平臺：（1）奧鵬教育平臺。該平臺是目前我國最大、應用程度最廣的網絡教學平臺系統，是基于中央電大公布的教學體系管理開發的。（2）4A網絡教學平臺。該平臺是高等教育出版社利用電子圖書教材開發的一款應用良好的網絡教學平臺，截至2008年，注冊該平臺的學生用戶已經超過了1億人。(3)網絡教育通用平臺。基于網絡的多媒體教育平臺主要功能包括：教師教學、教務管理以及通用信息服務等。(4)清華網絡學堂。該網絡學堂教學系統是由清華大學繼續教育學院開發研究，屬于網絡教學支持平臺。主要包括課件的下載、資料庫的閱讀以及文檔的上傳，這些功能由完整的教學支持軟件和整套的服務軟件來實現[3]。

4　網絡平臺系統的開發與實現

4.1系統性能要求

由于網絡教學平臺系統包含與教學相關的較重要信息，因此必須確保平臺系統安全性、一致性和可靠性，最大程度滿足用戶需求。

（1）安全性：學生和管理員具有不同類型的平臺使用限制，管理員有權上傳、修改數據庫中的數據，而學生只能閱讀訪問網站內容并下載自己所需的資料。

（2）一致性：網絡教學平臺系統的數據必需確保一致性，當數據庫中的一個數據變動時，相應的數據信息也將會改變。

（3）可靠性：數據量較大，必須對數據及時進行備份與恢復。

4.2系統設計原則

在滿足教學需求的基礎上，為提高工作效率和完善管理，文章教學網絡系統的主要設計原則為：

（1）結構完整、模塊化：系統結構模塊化設計，完整清晰，功能和內容增減方便，實現網絡教學平臺既能高效完成現有的功能需求，還可以在未來使用過程中依據學生上機實驗的反饋添加功能和內容；

（2）信息數據標準化：全部的信息數據格式使用權威部門發行的最新標準；

（3）技術實用化：采用成熟技術體系確保系統穩定性和實用性，使系統能發揮出最高效益，增加平臺的使用年限。

（4）管理統一化：本平臺依附于互聯網，可實現數據統一化管理和資料統一化上傳。

（5）反饋實時化：可以實時對學生的請求進行處理和反饋；

（6）維護方便化：網絡教學平臺的開發符合平時的使用的要求，各類功能較為完善，使用操作簡單，維護方便；

依據以上設計原則，《數字信號處理二》網絡教學平臺的主結構采用樹形結構，單個功能網頁使用網狀結構。 網絡教學平臺分為八個組成模塊：教學資料、通告、算法仿真、學生網頁、檢測、師生交流、教務管理及課程詳情。

4.3系統構架

本網絡教學平臺系統采用Browser/Web/DataBas三層體系結構。在Browser的系統中，每個登錄網站的學生可以通過瀏覽器向服務器數據庫發送請求，同時，數據庫對學生的操作請求進行處理，將學生所需要的信息反饋到瀏覽器。在B/S結構的數據庫中，客戶端通用的瀏覽器軟件就可以實現用戶的同步輸入和輸出，而所有網絡程序都在平臺終端安裝。每個學生用戶對系統的請求和程序的運行都在平臺終端進行。當學生訪問者點擊并發送訪問信息時，這一系列的處理工作都將依靠Web Server系統處理和反饋[4]。

B/S結構分為三層體系：數據層、功能層和表示層，是三個獨立的構造。第一層：表示層，Web瀏覽器；第二層：功能層，系統服務器；第三層：數據層，SQL數據庫。三層體系結構如圖1所示[4]：

圖1.B/S三層體系結構

4.4系統總體架構表

系統總體架構包括七個部分，前端應用管理系統B/S結構，用戶資料系統，前端應用管理系統B/S結構，管理員系統，資料下載系統，SQL Server 2000，Windows 7。

5　系統實現

5.1系統功能模塊

網絡平臺在實現時力求簡潔實用，讓學生一目了然，迅速掌握使用方法。功能模塊采用樹狀結構，簡單易學。系統功能模塊如圖2所示。

圖2.系統功能模塊

網絡教學平臺系統的界面主要分成兩部分，分別為頂部導航欄頁面、下部主頁面。主頁面頂部導航欄：我的課堂、待上課程、資料下載、個人中心。

5.2頁面功能模塊實現

①課程頁面：主要用于學生和老師查看課程的所有信息。

②待上課程：此頁面主要介紹了學生即將要上的課程內容信息及時間。

③資料下載：主要列出了可供下載的資料名稱及大小。

④個人中心：個人中心頁面主要設計了學生信息及意見留言的填寫。

（a）課程頁面

（b）待上課程頁面

（c）資料下載頁面

（d）個人中心

圖3.頁面功能模塊

6　總結與展望

《數字信號處理二》網絡教學平臺的開發與實踐探索，緊密契合本課程特點，基于長期教學實踐中的經驗總結，為適應新形勢和新技術條件下教學改革，改進教學形式，提高教學效果而進行的一次有益的嘗試。網絡教學平臺已經完成了大部分代碼測試，目前正在進一步完善性能和功能模塊，部分功能已經上線試用，受到了師生的好評。

[1]賀平,李修和,靳立世.網絡教學平臺的設計與實現[J].電腦知識與技術,2007,(2):571-572.

[2]苗向陽,顧準.基于B_S模式的高職定崗實習網絡教學平臺設計[J].職業技術,2013,(10):50-51.

[3]王珠珠,張維遠.我國普通高校網上教學平臺及網站建設的現狀分析[J].中國遠程教育,2005,(2):40-44.

[4]楊磊蕾.基于BS模式的學生學籍管理系統的設計與實現[J].科技資訊,2013,(21):30-31.

（責任編校：宮彥軍）

2016－02－20

陜西省教育廳教改項目（項目編號15BY34），西安理工大學教學研究項目（項目編號xjy1403；2016-zx-368）。

陳丹(1975－)，女，陜西漢中人，博士，講師，研究方向為大氣激光通信及信號處理。

G434

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1673-2219（2016）10-0044-03