信號與系統虛擬實驗教學系統

抽象理論圖形化，解決教學難題

信號與系統的教學難點在于，定義多，公式多，性質多，理論邏輯性強，體現出較強的數學邏輯問題。如何在教學中將基本的理論形象化，是教學中一個難點問題，也是學生對這門課程的需求。在信號與系統課程的講授過程中，涉及大量的信號、信號變換、系統響應用數學公式表示。采用虛擬實驗將這些數學公式用形象的圖形來顯示，系統分析過程采用點擊即所見，將信號波形、信號變換過程、系統響應直觀顯示出來，學生更容易理解。例如圖1，沖激信號經過系統的響應中，激勵信號、激勵信號經過每個子系統的響應和系統的沖激響應都可通過直接點擊后，圖形化顯示，解決了信號與系統抽象化理論的教學難題。

虛擬實驗課堂化，彌補授課與實驗分離

信號與系統的教學分為理論教學、實驗驗證和硬件系統設計三個環節。從理論教學到實驗驗證這個環節是學生最難跨越的環節。在課堂的教學安排中，傳統教學方式導致學生從理論到實驗環節跳躍式轉變，虛擬實驗教學模式將軟件設計的虛擬實驗滲透到信號與系統每個章節，彌補傳統教學模式的不足。采用虛擬實驗的將系統分析通過電路仿真及系統響應圖形化顯示，學生由此可將理論、系統構架、對應的電路和系統響應聯系起來，實現虛擬實驗課堂化，彌補傳統授課方式的缺點。例如圖2是二階系統的虛擬實驗電路仿真及系統響應顯示界面，并應用到課堂中的教學實例。

交互軟件實時化，完善教學手段

傳統教學在系統分析中，總是在參變量一定的條件下進行分析。采用開發的應用軟件，可通過交互應用界面實時輸入參變量，顯示信號的波形、變換的波形和響應的波形，輔助教師和學生完成課程所需要的復雜計算和繪圖，使學生把主要精力放在概念的理解和方法的掌握上。采用這種教學手段可以使學生接觸的信息量更大，對理論的掌握更深入，圖形化的顯示使學生更容易理解記憶。例如圖3是信號運算采用應用軟件實現交互功能的顯示界面。

通過虛擬實驗軟件在我系自動化專業信號與系統教學中的應用，改變了傳統單一的課堂授課方式，在理論教學中，將大量的信號、信號變換、系統分析和響應以直觀圖形方式顯示，將框圖化、公式化的系統通過電路仿真演示，通過應用軟件設計的交互界面實現系統中參變量的交互功能，從而加深了學生對理論知識要點的掌握，增大了課堂授課信息量，加深了學生對理論知識理解的深度和廣度，使學生將理論與實驗銜接在一起，激發了學生對信號與線性系統課程的興趣，提高了學習的積極性。