信息处理实验教学模式研究

摘要：在信号与系统、数字信号处理等课程中，涉及到很多信息处理算法，这些算法的运行与调试也是上机实验的主要部分，本文分析了传统上机实验的不足，提出了建立信息实验处理教学平台作为实验载体，通过该平台进行同步协同上机教学的模式。通过信息处理实验系统能够激发学生上机实验的积极性和主动性，可以促进学生的全面发展，以便更好地达到教学目标。

关键词：计算机实验；信息处理；教学模式

中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 01-0000-02

Study on Experimental Teaching Mode of Information Processing

Che ZhongZhi

(Yantai Research Institute of China Agricultural University,Yantai264670,China)

Abstract:In signals and systems,digital signal processing course,there are many information processing algorithms.Programing and debugging is also a major part of the experiment on the computer,the paper analyzes the shortcomings of traditional experiment on the computer,proposed the establishment of information processing experiment system platform.Teaching practice shows that information processing experiment system can inspire students’positivity and initiative of computer experiment,can promote students’progress at all aspects,reaches the design goal.

Keywords:Computer experiment;Information processing;Teaching mode

对于计算机、电子信息等相关专业，在学习的课程中，涉及到大量的信息处理算法，比如图像语音压缩，信号检测和处理。在教学的过程中，除要求学生掌握信息处理的方法原理，还要求能够编写相关软件实现信息处理算法。如何有效评估这些算法的正确性和性能，对于任课教师是一个比较大的挑战。在传统的上机实验教学过程中，一般是教师根据实验教学大纲要求布置实验任务；学生根据实验指导书要求上机实验；完成后提交实验结果或实验报告；教师根据实验结果或实验报告评定实验成绩。传统上机实验模式是教师规定实验题目和步骤，学生要从采集数据到最后分析结果全部完成，主要有以下不足[1]。

1.学生不能专注于指定算法练习，信息的输入输出要自己处理，限制了学生完成的速度；

2.不同学生完成的实验结果，不能在同一平台下方便的比对，比对结果不直观；

3.不同的信息处理模块由于输入输出没有统一的定义，不能有效利用和灵活组合。

针对以上问题，文章提出了以信息处理教学平台为载体，利用平台进行同步协同上机实验的教学模式。这种教学模式以学生为主体，教师只起组织和引导作用；学生可以自主登记实验内容，和进行相同实验内容的同学进行比对。实验平台可以对实验成绩进行多元化和智能化的评价。目前高校上机实验教学存在多种需要解决的问题，人们也进行了多项改革[2]。笔者结合自身在信息处理教学当中的体会，提出和设计了信息处理教学实验系统平台，并对信息处理实验教学模式进行探讨。

一、信息处理实验协同上机教学模式简介

在信息处理实验协同上机教学模式当中，上机实验采用是以信息处理实验教学平台为依托，提供一个协同上机环境。与传统的上机实验教学模式相比，进行了以下改革：

（一）利用信息处理协同实验平台，便于部署实验任务，为学生上机提供更充分的条件，传统上机一个学生独立一台微机，相互之间没有任何联系。学生之间相互不容易交流，实验结果不便于分析。教师也很难监测学生的实验过程和结果。

（二）便于学生之间利用实验平台进行交流，相互评测，并且可以利用系统提出问题，提交自己的看法和观点。

（三）能够快速针对实验任务开发相应算法模块，系统可以自动为每个算法提供测试数据。比如要求学生编写一个语音压缩的算法，则系统自动提供一段供压缩的语音数据。

（四）信息处理平台是一个知识库，可以将各种算法单元保存起来，便于学生学习和使用。

（五）可以使用多种手段来评价学生实验成绩，可包括自我评价、同学评价和教师评价三部分。利用实验平台可以评价其它人员在本实验任务中的成绩；一个学生可以评价其它学生的实验方案和运行结果；教师可以评价实验任务的完成情况和协同完成人员的成绩。

信息处理实验平台最大的特点就是为实验提供了多种协同的条件，包括数据协同、学生与学生间的协同、学生和教师间的协同。从而使上机实验过程的评价不在单一，学生上机的效率也大大提高。信息处理实验平台具有的协同特点使得实验增加了互动和协同，利用平台积累的算法单元可以开展相应的研究。有以下好处：

（一）提高学生的创新意识，比如平台中已经有很多数据压缩算法单元，学生可以将自己开发的单元利用平台和已有的压缩算法单元进行比对，压缩率的高低、运行时间的长短等指标，这种比对可以利用平成。

（二）增加同学们的自主学习能力，协同精神。

（三）使得信息实验教学更加规范化，管理更加科学化。

二、信息处理实验协同平台的功能设计

信息处理教学实验系统的目标是适应不同层次学生的需要，实现教学内容的开放性；促进学生之间交流和协作，以及教学双方的有效交流与互动；实现实验学习评价的多元化和智能化。系统的功能和模块结构划分如图1所示，包括算法单元定义、模块运行管理、实验教学管理和系统管理四个模块。

采用信息处理教学实验系统作为支撑环境的上机实验过程一般是：

（一）学生根据课程所学的知识，并且按照系统要求的模块接口规约编写处理算法，然后定义处理流程，根据定义的处理流程，进行运行，最后查看运行结果。

（二）在上机实验时，学生编写的各种信息处理单元可以共享，并且可以对不同的处理单元的处理结果进行比较。比如图像压缩算法，对于同样的数据源，使用不同的压缩算法，可以通过比较其压缩速率、压缩比来比较其性能。

（三）在上机实验结束时，辅助学生完成实验任务，并评价实验内容。学生提交自我评价，系统辅助生成实验报告。系统根据同学评价、教师评价和自我评价计算学生的上机实验成绩[3]。

算法单元定义是用来对编写的信息处理单元进行管理。可以注册一个新的算法单元，包括其可以连接的后续单元和前导单元、以及调用单元的相关信息。信息流程定义就是将不同的信息处理单元连接起来，组成一个信息流程。比如在语音处理的过程中往往要经过，采样、量化、编码、压缩等信息处理单元，而一个信息处理流程就是将这些处理单元连接起来。单元接口定义是为了使不同的算法单元能连接在一起形成流程，就必须对输入、输出的数据格式进行规范，形成统一的单元接口定义。

模块运行管理主要是根据定义的处理流程，调度运行和测试算法单元。可以单步运行，也可以连续运行。单步运行主要是便于分析算法的正确性。并且能够以图形、图表等方式显示处理结果。系统能够根据预定的实验报告模板，自动提取实验目标、实验要求、实验任务、实验方案和运行结果，生成实验报告的框架，辅助学生完成实验报告。

实验教学管理模块面向实验管理人员对系统的实验预约、上机实验、辅导教师和实验学生信息进行管理。实验预约是学生根据课程的进度预约上机实验，实验员根据预约学生情况、实验室情况和辅导教师情况安排实验，定期公布实验预约信息。实验安排要考虑更多的时间、资源和人员约束，比一般的课程表编排更复杂。上机实验管理包括实验科目、实验报告模版、实验成绩评定模型和实验项目以及每项实验的目标、要求和可选任务的录入和维护功能。辅导教师管理用于维护辅导教师的基本信息、可用时间和辅导课程等信息。上机学生管理功能是对上机学生的班级、学号、姓名、实验课程、网名和密码等信息进行管理。

系统管理模块具有系统设置、系统权限和日志管理功能。系统设置包含与其他系统的接口设置、系统界面设置、数据库服务器设置以及打印机设置等功能。系统权限管理包括系统管理员、实验员的账号和密码管理、系统功能项目维护、用户授权、系统登录、权限认证以及系统锁定功能。

三、信息处理实验系统架构和运行环境

目前的软件体系结构主要有客户端/服务器（C/S）模式和浏览器/服务器（B/S）模式两种[4]。其中C/S模式减少了数据传输量，但由于数据的存取和处理主要依赖于客户端程序，维护工作量大，客户端负担大，对跨平台的支持稍显不足，对实现局域网与广域网间的有机整合也有局限。相对而言，B/S模式结构对用户的技术及客户机的配置要求都比较低，客户端零维护，程序分发简单，更新维护方便，容易进行跨平台布置和实现局域网与广域网间的协调。目前绝大多数基于WEB的信息系统都采用B/S模式结构。信息处理实验系统中的单元定义、实验教学管理模块是基于B/S模式结构，采用SUN公司的WEB开发技术。而模块运行管理和系统管理采用C/S架构，采用微软公司的.net进行开发，主要是为了提高系统运行的效率。

信息处理平台可以部署在现在主流的windows平台上，学生根据自己所获取的账号和密码进行登录访问，系统安全可以得到保证。

四、信息数据库的设计

该系统采用Microsoft SQL Server数据库。数据库的逻辑模型可以用相关图形表示。其中，权限管理涉及的库表有操作员信息、岗位信息、系统功能、岗位授权和系统日志，算法单元定义涉及的库表有单元分类、单元信息、可连接单元、流程分类、流程定义。模块运行管理涉及的库表有单元运行信息、辅助报告信息。实验成绩管理模块涉及的主要库表有成绩分析、评价信息和成绩查询接口等，实验教学管理模块涉及的主要库表有实验室信息、实验室课程信息、成绩信息、实验课程表、辅导教师、和实验项目等库表。

五、结束语

借助于信息处理教学实验平台，可以激发同学们对各种信息处理的兴趣，也有助于他们在现有算法基础上进行创新与改进。从而提高教学效果。另外信息处理教学平台的建设是一个长期的过程，信息处理算法是多样的，涉及很多的图形、图像、声音、动画等很多领域，要想建设一个有效的信息处理的教学平台，必须积累各种有效信息处理算法单元。

参考文献：

[1]韩晓玲,苏子林.同步协同上机实验教学模式研究[J].职业技术教育(教学版),2006.32(27):99-100

[2]梁青.如何提高上机实践课的质量[J].职业教育研究,2005.4(33):243-243.

[3]苏子林,车忠志,苑金梁等.同步协同上机实验系统的设计与实现[J].鲁东大学学报(自然科学版),2008.24(1):30-33

[4]刘军,阳小华,杨星.教学信息与管理系统的设计与实现[J].计算机工程与应用,2006.2(42):99-102.

作者简介：

车忠志（1973-），男，硕士，中级，研究方向：主要从事信息技术方面的教学与科研工作。