张小青 李照泉
（同济大学浙江学院机械与信息工程系，浙江 嘉兴 315400）
【摘 要】本文提出了将在NI ELVES基础上研发的信号与系统实验，代替传统实验箱实验，提高了学生做实验的兴趣，能够激发学生思维；学生可以在完成原有实验的基础上发散思维，自己动手设计实验或拓展实验内容，从而有效提高了信号与系统这门课的教学质量。
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关键词 NI ELVES；信号与系统；实验
作者简介：张小青（1984—），女，浙江绍兴人，助教，从事通信信号处理方向研究。
０ 引言
随着信息化的高速发展，电子信息产业日益增长，相应的技术人才需要量增大，许多高校越来越重视相关的专业课程。信号与系统这门课，不仅是电子信息与通信工程专业的专业基础课，也是电气工程和自动化专业必须学习的课，因此学好信号与系统这门课是具有实际意义的。
信号与系统是比较理论抽象的一门课程，有较多的公式推导，学生需要有一定的数学基础，所以学起来比较枯燥，因此一把教学大纲就会安排实验课时。本校是独立院校，学生的基础不是特别好，而信号与系统课程安排有12个课时的实验，原本采用实验箱，但效果一般。
本文提出了NI ELVES基础上研发的信号与系统实验，它除了借助ELVES设备，需要使用软件Labview，实验内容不再固定，学生可以在实验基础上发散思维，增加内容或拓展内容，有助于学生真正动手动脑。
１ 存在的问题
１.１ 实验箱设备容易老化，实验结果误差
目前高校信号与系统实验课大部分采用购买整套试验箱的形式，由于试验箱成本不低，所以一般一套试验箱使用很多年。一来设备每学期有很多专业参与使用，实验中也常出现学生接错电路而试验箱器件损坏，造成实验正确结果不能出来，设备一旦故障就不容易检查错误并维修；同时随着时间的增长，设备也容易出现老化，这对学生是否能够正常实验是有一定影响的。
１.２ 实验内容固定，形式单一
很明显试验箱从厂家出来，它的实验内容就已经被设定好了。而学生参与信号与系统实验的过程，很大一部分就变成了使用设备的过程，按操作要求连接线路，然后通电，看结果，中间不需要学生有更多的思考。这样的实验就失去了它本该有的意义。大部分学生都是看着实验知道册按要求连线，很少经过大脑思考。
１.３ 电路板展示不够直观，学生看的云里雾里
目前设计的试验箱，大多看不到构成试验箱电路板的具体元器件，比如电阻、电容、各种芯片等。学生看到的只是合成的一个个模块，他们知其然缺不知其所以然，一遇到故障也无从下手，如此设计不利于学生探知相关的内容。
２ 改革的思路
目前学生做实验还停留在为了做实验而做，实验内容不够新颖，方式太过传统。许多学生只是简单的完成了实验内容，而收获很少。因此要将被动实验转变成主动实验，真正吸引学生兴趣，主动投入到实验中来，让他们有事情干，干实事，学本领长知识。
３ 解决方案
本校实验中心引进了NI ELVES基础上设计的信号与系统实验，用来代替传统试验箱。实验过程软硬结合，不仅能让学生锻炼动手接线完成相应实验内容，同时可以在此基础上用Labview软件进一步拓展和深化实验内容，加深对信号与系统理论知识的理解。
信号与系统课程主要包含确定信号经过线性时不变系统所涉及的基本概念与基本分析方法。基于 NI ELVIS 的信号与系统课程实验套件紧密“信号与系统”课程的核心内容，并结合虚拟仪器技术的优势，提供了一系列具有特色的实验项目, 基于 NI ELVIS 的信号与系统课程实验套件采用了单板卡模块化结构，主要包含以下实验模块,如表1：
基于 NI ELVIS 的信号与系统”课程实验套件布局见图1 左图所示，而图1右图是Labview软件设计的实验二的软件控制面板。每一个模块在 PCB板上均有电路图与之对应。每个实验模块都能单独开设实验，便于教学与学习。“信号与系统”课程实验套件完全兼容使用 NI ELVIS 平台提供的直流稳压电源、直流可调稳压电源、函数信号发生器、任意波形发生器、波特图仪等虚拟仪器测量软件如图2，方便的为实验模块提供各种所需的电源、信号、以及实时数据采集、数据分析等功能。
４ 改革与创新
４.１ 实验手段灵活
如图1所示，学生可以在此软件面板上设置实验参数，观察实验结果。这个界面是通过labview软件设计，面板升序框图是可以解锁的，学生可以增设相应内容并学习设计过程。另一方面，学生可以调出NI ELVES自带的虚拟测量软件面板如图2，利用自带的虚拟仪器如示波器Scope、函数信号发生器FGEN、波特图Bode等进行测量。
４.２ 实验内容丰富
学生在了解实验的基本原理和内容后，可以在NI ELVES基础上利用mutisum设计相应的电路，也可以通过labview软件仿真相应的实验。整个过程是发散的，比如正弦周期信号的合成与分解，学生可以设计三个信合合成、也可以四个五个。因为硬件条件是有限制的，而软件是可以通过各种循环、条件结构实现的。所以可以给学生设置相应的题目让学生自己去摸索，一定程度上加深了学生对实验内容的理解与掌握，同时也锻炼了他们的编程能力。
４.３ 实验面板直观
如图1可以看到，信号与系统实验套卡的所有元器件都裸露在外面，每个套卡配有一定的器件，以备在实验中烧坏时进行更换。这样也锻炼了学生检查电路，分析问题解决问题的能力，同时也能增加对电路设计的兴趣。
４.４ 实验效果良好
通过11级自动化电气与12级自动化电气实验效果比较，11级是采用试验箱的模式进行实验，12级是采用基于NI ELVES的信号与系统实验。在期末考试卷难易相同的情况下，结果表明，12级无论在出勤率，期末考试及格率、优秀率都比11级要高，具体如表2。
５ 结束语
独立学院学生，主要要培养他的动手能力，以培养应用型人才为目标。实验是一种很好的辅助教学手段，但是长期沿用传统方法，容易进入误区。基于NI ELVES的信号与系统实验代替传统实验箱实验，能很好的改善学生被动实验的状态，真正起到实验辅助教学的作用。学生不仅能按步骤完成实验内容，从而加深对书本知识的理解，更重要的是，能够在此基础上拓展其他内容，比如电路设计、labview仿真实现等，对提高学生学习信号与系统课程的兴趣是很有意义的。
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参考文献
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［责任编辑：曹明明］