基于Matlab的“信号与系统”教学辅助平台的设计

鲁莹++钟丽辉++李莎++徐全元

摘要： 结合电子信息工程专业的教学改革，针对专业基础课“信号与系统”教学中存在的理论繁杂、教难学更难的问题，基于Matlab的GUI编程方法设计教学辅助平台。该平台紧扣教学大纲，操作简单，形象直观。平台包含8个模块，55个界面，内容以章节为单位，包含课件，知识点，重要算法的动态仿真及课后习题及解答。其中，算法仿真部分参数可调，不仅具有仿真结果，还附有matlab程序源代码。实践证明，结合该平台进行教学可较大提升教学效果和学习效率。此外，该平台具有扩展性，可作为其它信号处理类课程的教学辅助。

关键词：Matlab GUI；信号与系统；教学辅助

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信号与系统”是电子信息工程专业的一门基础主干课程，它以信号特性和处理等工程问题为背景，结合高等数学、线性代数、复变函数、电路分析等理论对确定性信号进行时域、频域和复频域分析，是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键课程，也对后续专业课程如“通信原理”、“数字信号处理”等起着承上启下的作用[1]。该课程概念抽象，数学公式推导较为繁杂，结果较难理解。该课程的传统教学方式多采用单一的理论教学，或配有少数硬件设备诸如信号与系统实验箱等以进行少学时的实验教学。由于硬件设备价格昂贵，数量有限，加上实验学时的限制，学生主要依靠做习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量应用性较强的内容不能实际动手设计、仿真和分析，严重影响并制约了教学效果。为了从一定程度上缓解学生在学习过程中存在理论和实践严重脱节的问题，论文采用面向对象程序设计方法及层次化思想，基于Matlab的图形用户界面GUI（Graphic User Interface）设计了“信号与系统”教学辅助平台。借助该平台，可帮助学生更好地理解和掌握信号处理中的基本理论和分析方法，激发学习兴趣，从而达到良好的教学效果。

1平台总体结构框图

平台的总体功能框图如图1所示。平台和教学内容保持一致，以章节内容进行划分，包括8大模块： 55个GUI界面。为简化每个基本模块的设计，论文采用层次设计方法，将每个基本模块又分解为若干个子模块，子模块下面还可以包括子模块。章节模块包含课件，知识点，重要算法的动态仿真，课后习题及解答。其中算法仿真模块结构框图如图2所示。限于篇幅，论文后续仅抽取部分章节进行介绍。

2仿真平台的Matlab GUI设计

2.1登录界面

登录界面是用户访问平台的第一个界面，如图3所示。出于对安全性的考虑，用户需要输入正确的用户名和密码后方可进入，其中用户名和密码存储在excel文件中。

2.2主界面

登录成功后则进入系统主界面，如图4所示。主界面以菜单的形式列出每一章节的内容。

2.3参数可调的连续信号运算

摘要： 结合电子信息工程专业的教学改革，针对专业基础课“信号与系统”教学中存在的理论繁杂、教难学更难的问题，基于Matlab的GUI编程方法设计教学辅助平台。该平台紧扣教学大纲，操作简单，形象直观。平台包含8个模块，55个界面，内容以章节为单位，包含课件，知识点，重要算法的动态仿真及课后习题及解答。其中，算法仿真部分参数可调，不仅具有仿真结果，还附有matlab程序源代码。实践证明，结合该平台进行教学可较大提升教学效果和学习效率。此外，该平台具有扩展性，可作为其它信号处理类课程的教学辅助。

关键词：Matlab GUI；信号与系统；教学辅助

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信号与系统”是电子信息工程专业的一门基础主干课程，它以信号特性和处理等工程问题为背景，结合高等数学、线性代数、复变函数、电路分析等理论对确定性信号进行时域、频域和复频域分析，是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键课程，也对后续专业课程如“通信原理”、“数字信号处理”等起着承上启下的作用[1]。该课程概念抽象，数学公式推导较为繁杂，结果较难理解。该课程的传统教学方式多采用单一的理论教学，或配有少数硬件设备诸如信号与系统实验箱等以进行少学时的实验教学。由于硬件设备价格昂贵，数量有限，加上实验学时的限制，学生主要依靠做习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量应用性较强的内容不能实际动手设计、仿真和分析，严重影响并制约了教学效果。为了从一定程度上缓解学生在学习过程中存在理论和实践严重脱节的问题，论文采用面向对象程序设计方法及层次化思想，基于Matlab的图形用户界面GUI（Graphic User Interface）设计了“信号与系统”教学辅助平台。借助该平台，可帮助学生更好地理解和掌握信号处理中的基本理论和分析方法，激发学习兴趣，从而达到良好的教学效果。

1平台总体结构框图

平台的总体功能框图如图1所示。平台和教学内容保持一致，以章节内容进行划分，包括8大模块： 55个GUI界面。为简化每个基本模块的设计，论文采用层次设计方法，将每个基本模块又分解为若干个子模块，子模块下面还可以包括子模块。章节模块包含课件，知识点，重要算法的动态仿真，课后习题及解答。其中算法仿真模块结构框图如图2所示。限于篇幅，论文后续仅抽取部分章节进行介绍。

2仿真平台的Matlab GUI设计

2.1登录界面

登录界面是用户访问平台的第一个界面，如图3所示。出于对安全性的考虑，用户需要输入正确的用户名和密码后方可进入，其中用户名和密码存储在excel文件中。

2.2主界面

登录成功后则进入系统主界面，如图4所示。主界面以菜单的形式列出每一章节的内容。

2.3参数可调的连续信号运算