大学理工科要把“科学计算能力”当作一个重要培养目标

学生到大学来培养四年,不仅仅是学习了很多课程,掌握了一定的知识.更重要的应该掌握了一些科学方法,获得了比中学高一个层次的能力.这些能力包括:获取新知识的能力,科学概括和建模的能力,分析和计算能力,实际动手能力,形象表达自己思维的能力等等.环顾目前我国各大学的教学计划,在科学计算能力方面几乎都只是一句抽象的口号,没有系统的安排.因此大学生四年中对各门课程的解题,基本上还是用计算器来完成.其效率极低,不仅浪费了大量宝贵的学习时间,而且使学生在建模思维的创新上,受到很大的限制.

科学计算能力的培养与线性代数改革

讨论大学教学中科学计算能力的重要性,评价我国在这个领域的落后状况.目前的线性代数课程忽视实用性:第一是没有把后续课的需求作为制订大纲的依据,第二是没有把现代化作为改革的动力.结合研究经验,提出改进的建议.

论频谱中负频率成分的物理意义

本文讨论了信号经过傅立叶变换所得频谱的物理意义,其中着重于负频率成分。许多信号与系统的教材中,都认为负频率成分没有物理意义。本文以多方面的实例证明了负频率成分不但具有明确的物理意义,而且有重要的工程应用价值。文章还用Matlab程序演示了如何用几何方法求傅立叶反变换,把集总频谱合成为时域信号,从中也可鲜明地看出负频率成分的意义。

在电路、信号和电磁场的教学中充分运用MATLAB语言

介绍了在电路课教学过程中应用 MATL AB语言的经验 ,提出了在本科各课中普遍应用科学计算语言的设想 。

线性代数要与科学计算结成好伙伴

讨论了大学教学中科学计算能力的重要性,评价了我国在这个领域的落后状况.一是科学计算能力的培养无人主管;二是线性代数课程忽视实用性,不教矩阵软件,与后续课的需求及计算机脱节.这两者的长期割裂阻碍了我国课程和教育的现代化.文章提供的历史经验和国内外实践,都证明这两者的结合可以产生巨大的创新效果.文章结合十五年来的改革经验,提出改进的建议,并介绍了教育部"用MATLAB和建模实践改革工科线性代数"项目的实施情况.

论非数学专业线性代数的内容改革

为了弄清线性代数中哪些理论是非数学专业(下简称工科)学生必学的,采用了逆向追踪的方法,把后续课和工程中遇到的问题加以归纳,找到其最低限度需要的理论.从大一学生的知识水平出发,用工科语言来讲解.提出了简化理论的几条原则,写出了面向应用、形象易懂、采用机算的普及型教材《实用大众线性代数(MATLAB版)》,达到"用最少的理论,解决最多的应用问题"的目标.

复杂线性系统建模化简的矩阵方法

根据各组成部分的特性求出系统特性是贯穿在信控类专业许多课程中的核心内容,如信号与系统中的信号流图,数字信号处理中的滤波器计算及控制系统中的结构图化简等。讲解其理论和实际计算在各门课程中都是难点。本文导出了具有普遍意义矩阵建模公式,并可藉软件的帮助快速准确地解决这个问题,比起各课程中原有的方法有很大的优越性。

人-机系统研究的进展

需求的增长是人-机系统研究进展的动力机器是受人操纵的,人-机系统也随机器的诞生而出现。对于初期的、速度较慢或动作比较单纯的机器,人与它的配合比较容易。一般设计都以机器为中心,人则处于配角地位,甚至只要照经验设计即可。即使到了今天,还有很大一批机器,设计时并不考虑人-机系统问题。

论工科线性代数的现代化与大众化

针对现有工科线性代数教学大纲没有明确应用需求背景的事实,给出工程学科中大量的线性代数问题,它们必须借助数学软件才能得到解决,由此说明课程现代化的必要性.指出线性代数中的一些难点对非数学系学生并无用处,将它们简化将能有利于本课的大众化.为了课程现代化和大众化,建议把线性代数分成两门课来上,第一门是一年级的必修公共课;第二门是高年级的选修深入课.

工科线性代数必需的三项改革--介绍《实用大众线性代数(MATLAB版)》教材及其慕课

用逆向思维的方法,从大量工程应用题解的实践中总结出:使用线性代数的第一个难点是“计算太复杂”,因此计算机化是改革的第一重点;第二个重点是必须能证明用线性代数解题是学科交叉的创新,比用旧方法好得多;第三个重点是要扬弃繁琐无用的数学理论,选择真正有用的内容,使大一学生能够接受。根据这三条原则,写成了《实用大众线性代数(MATLAB版)》教材,并制作成慕课(MOOC)播放,深受好评。

连续系统仿真用采样保持器的分析与改进

连续系统仿真时,必须人为地加入虚拟的采样保持器.本文推导了时域仿真误差与此采样保持器频率响应之间的数学关系,在此基础上提出了改进途径.根据这一思路组成了新型的混合补偿保持器.在选用最佳补偿参数后,与常用的精度量高的三角形保持器相比,在同样的计算步长下可把仿真精度提高一个数量级以上.

头盔式眼动仪的标定与算法实现

讨论了头盔式眼动仪的静态标定及其算法．简述了眼睛成像的非线性特性，说明头盔式眼动仪标定的意义及其含义，并给出了基于最小二乘曲线拟合的静态标定算法及实验结果，最后对标定算法作了一些讨论与展望．

红外TV法眼动测量系统及实现

文中对基于红外电视法的眼动仪原理及实现做了详细的研究，详细讨论了瞳孔中心位置坐标的提取算法及ＡＳＩＣ实现、眼动仪的实时眼动测量的标定与显示、由瞳孔中心位置确定眼睛实际注视点的标定算法。

图形发生器荫罩母版制版均匀性研究

讨论了人眼检测荫罩均匀度的原理及能力，将视觉明暗的空间频率特性概念及有关实验结果引入荫罩不均匀度研究中，并通过郎氏环及有关人眼视力的实验结果建立了人眼对荫罩不均匀区边缘感知的数学模型．通过上述工作，得到了人眼察觉荫罩不均匀度的上限，为图形发生器测控系统等性能指标的确定提供了“人”这一环节的定量依据．

低轨道通信卫星覆盖区域和覆盖时间的研究

该文综合中国的地理位置和地球自转等因素，探讨了能够比较充分发挥卫星作用、实现中国低轨道卫星通信的卫星飞行条件．

实时眼动仪系统

讨论了一种基于红外电视法的眼动信号测量系统及其ＡＳＩＣ设计。该系统主要用于测量眼球的平滑追随运动。重点提出了一种新的瞳孔中心检测算法。该算法通过将眼睛的视频信号二值化后，用前后门限双检测的方法提取出瞳孔中心位置信号，并用ＡＳＩＣ设计完成。最后给出了系统性能测试结果和分析。

慕课背景下MATLAB与线性代数应用的融合——介绍国家精品在线开放课程“实用大众线性代数(MATLAB版)”

本文介绍了国家精品在线开放课程"实用大众线性代数(MATLAB版)",该课程具有科学的知识体系,拥有大量的应用实例,并把MATLAB与应用实例深度融合,学以致用.

大幅面超精密图形发生器X－Y工作台位置补偿校正

在超精密控制中，一般采用双频激光多卜勒测量系统作为位置测量元件．因存在机架、材料膨胀及材料、激光死区和环境空气变化，控制软件必须对此进行补偿校正．文中分析并推导出了有关的Ｘ－Ｙ工作台位置补偿校正公式，并给出了进行实际应用的例子．

双频激光台面测距定位系统应用中的几个问题

对双频激光测距定位系统中的材料温度、大气压力、湿度和温度变化的补偿问题，光路设计中的死区和倍频问题，报警和保护问题等对精度、可靠性、准确性的作用和影响进行了分析和探讨，得出了一些新的结论，并在实践中应用，取得良好的效果．

一种人机交互的新方法

对于只有眼球能够运动的严重残疾人,我们提出了一种帮助其重新获得一定程度的通信和控制能力的人机交互新方法,并以眼动打字的方式予以实现。通过基于红外光电反射法的眼动测试仪,我们在IBM PC/AT机上实现了包括26个字母及其它一些符号的计算机输入。在字符选择过程中,笔者采用了二叉树法和Huffman法两种算法,取得了很好的效果,输入速度为每分钟5-6个字符。