基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計與開發(fā)學位論文

1、物理電氣信息學院 本科畢業(yè)設計基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計與開發(fā)摘 要 MATLAB是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言。它集成了數(shù)值計算、矩陣計算和圖形繪制功能。目前，廣泛應用于研究、解決各種數(shù)學及工程問題。本設計主要研究基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計與開發(fā)及其實現(xiàn)，介紹MATLAB與Word之間的交互式鏈接的實現(xiàn)（即Notebook功能），講述運用GUI工具實現(xiàn)交互式教學系統(tǒng)界面的設計方法，所設計系統(tǒng)可以實現(xiàn)常用函數(shù)圖形三維坐標演示以及程序和圖形在Word中的顯示，方便論文及報告的撰寫。關鍵詞：MATLAB，Notebook，Word，交互式，教學系統(tǒng)，GUI 第一章

2、緒 論1.1 引言MATLAB 是英文Matrix Laboratory（矩陣實驗室）的簡稱，是美國MathWorks公司推出的科學計算語言，亦稱數(shù)學軟件。具有可靠的數(shù)值計算和符號計算功能、強大的繪圖功能、簡單易學的語言體系以及為數(shù)眾多的應用工具箱，主要應用于工程計算、數(shù)值分析、自動控制理論、數(shù)字信號處理與通訊、時間序列分析、圖像處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。Notebook用來將Microsoft Word與MATLAB集成為一體，為用戶營造一個融文件處理、科學計算和工程設計為一體的工作環(huán)境。其核心是m-book模板，它為用戶提供了在Word環(huán)境下使用MATLAB的

3、功能,實現(xiàn)MATLAB與Word之間的交互式鏈接。MATLAB自帶的功能強大的GUI（Graphical User Interface）工具，即圖形用戶界面，又稱圖形用戶接口，是指由窗口、菜單、對話框等各種圖形元素組成的用戶界面。與早期計算機使用的命令行界面相比，圖形界面形象生動、方便靈活，用戶易于接受。運用GUI工具制作的系統(tǒng)界面，可方便實現(xiàn)交互式教學。1.2 選題背景、目的及意義 傳統(tǒng)的教學主要由課堂授課、作業(yè)、實驗實踐、考試等幾個環(huán)節(jié)組成，其主要手段有板書、掛圖、教具、模型、幻燈、影像放映、實物講解等。從教學規(guī)律上講，傳統(tǒng)教學有簡便易行、成本相對低廉、符合認知習慣等特點。但是傳統(tǒng)教育模式

4、存在以下一些問題：（1）課堂講授方式單調(diào)，學生容易感到枯燥乏味。（2）上課時存在教師板書與學生記筆記的難題，教師與學生勞動強度都較大，而且講授不連貫。（3）教師與學生間缺乏溝通，教師在完成一次課程的教學后就只有通過作業(yè)批改來了解學生的接受情況，而作業(yè)的批改在時間上往往存在較大的滯后，致使教師不能及時根據(jù)學生對知識的掌握情況來修改講課內(nèi)容和講課進度，最后導致問題的堆積。（4）學生程度不同，而教學進度卻一致，不利于因材施教。講課往往為了照顧接受能力較差的學生，采用適合于他們的進度，對于接受能力強的學生來說是一種時間上的浪費。（5）學生學習的自主性較差。學生一般是根據(jù)課表上課，若有選修課和專業(yè)課課表

5、沖突，他可能不得不放棄或自學選修課。 隨著信息時代的到來，以計算機和網(wǎng)絡通訊技術為代表的各種現(xiàn)代教學手段不斷涌現(xiàn)，對傳統(tǒng)教學手段帶來了很大的沖擊。現(xiàn)代教學手段主要有電視教學、多媒體教學、計算機模擬教學、網(wǎng)絡教學、虛擬現(xiàn)實教學等?，F(xiàn)代教學手段與傳統(tǒng)手段的基本區(qū)別是具有隨機性、交互性和仿真性。其建立在現(xiàn)代教育技術和教育信息化基礎之上，能夠綜合利用現(xiàn)有教學資源和各種軟件系統(tǒng)，依托實用型終端平臺和局域網(wǎng)的建設，采用多樣化的計算機輔助教學。現(xiàn)代教學手段以信息處理的高速度高容量、多媒體和交互性，極大地提高了教學效率，有利于開發(fā)學生創(chuàng)造性思維，可能從根本上改變?nèi)藗兊乃季S習慣和傳統(tǒng)學習環(huán)境。計算機及網(wǎng)絡技術的

6、發(fā)展為我們提供了強大的技術支持，可以極大地豐富我們的教育手段，從根本上解決傳統(tǒng)教育中存在的問題，開創(chuàng)一種全新的教學模式。計算機多媒體技術的發(fā)展給教師提供了功能強大的軟件開發(fā)平臺。教師運用課件制作，可以匯集大量的文本、圖形、圖像、視頻、音頻資料，形成一個圖、文、聲并茂的多媒體CAI課件。它包含信息量大，能多種方式刺激學生感官，吸引其注意力，還可節(jié)約很多板書時間，易于學生理解，提高教學效率。如若課件中結合網(wǎng)絡技術，運用校園服務器，還可以讓學生隨時查閱課件，給學生提供了一本完整的課堂筆記，這很大程度上解決了學生聽課與記筆記之間的矛盾。若再加上網(wǎng)絡實時傳送技術，還可實現(xiàn)虛擬課堂，學生可在不同的地方享受

7、同樣的課堂教育，這很大程度上解決了學生某些上課時間的沖突。教學手段是教育者通過教學內(nèi)容聯(lián)系教育對象的橋梁，是教學主體與客體交流教育信息的物質(zhì)基礎。多種教學手段的結合，是培養(yǎng)21世紀創(chuàng)新人才和發(fā)現(xiàn)式人才的教學認知途徑。 MATLAB是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言。它把科學計算、結果的可視化和編程都集中在一個使用非常方便的環(huán)境中。典型的MATLAB應用包括：數(shù)值和符號計算；數(shù)據(jù)分析、檢測和可視化；建模、仿真和科學與工程繪圖；應用程序接口。其自帶的Notebook功能可以方便實現(xiàn)MATLAB與Word之間的交互式鏈接，自帶的強大的GUI（Graphical User Interface）工具

8、，即圖形用戶界面，又稱圖形用戶接口，是指由窗口、菜單、對話框等各種圖形元素組成的用戶界面。與早期計算機使用的命令行界面相比，圖形界面形象生動、方便靈活，用戶易于接受。其過程的視覺化、形象化，刺激大腦接受信息的興奮點，激發(fā)學習興趣。借助計算機技術，可實現(xiàn)人機對話，鞏固所學知識，又提高計算機運用水平。通過運用MATLAB自帶的GUI工具，制作一種交互式系統(tǒng)界面，實現(xiàn)MATLAB與Word之間的交互式鏈接。 交互式教學系統(tǒng)的設計可很大程度上改善目前現(xiàn)有的教學環(huán)境，提供教師進行課堂教學的演示課件，改善傳統(tǒng)教學中存在的問題，常用函數(shù)的三維圖形演示可方便用戶觀察、理解函數(shù)的圖形。用戶還可以在Word界面中

9、編寫程序，方便實現(xiàn)程序、運行結果以及圖形同在Word中的顯示，為報告和文獻的撰寫提供很大的方便。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述 現(xiàn)代信息技術的迅猛發(fā)展極大地推動了現(xiàn)代教育革新的步伐，促進了新型教學手段、教學設備的涌現(xiàn)。計算機輔助教學（CAI）至今已經(jīng)有了30多年的發(fā)展歷史，CAI課件由單一的文本形式發(fā)展成了多媒體形式，由單機環(huán)境向分布式發(fā)展。目前已進入了多媒體網(wǎng)絡化交互式教學階段。多媒體CAI網(wǎng)絡化教學是使用計算機作為工具、利用網(wǎng)絡技術、多媒體技術和現(xiàn)代教學技術進行教學活動的一種嶄新的教學形式。利用多媒體編制各類CAI課件，由計算機、聲像設備和電子投影設備進行廣播式或交互式教學活動，與傳統(tǒng)教學模式

10、相比具有生動形象、主動靈活、因材施教、資源共享等特點。這種教學形式教學信息內(nèi)涵豐富，精簡課時，提高教學質(zhì)量和教學管理效率，它將成為21世紀教育的重要模式之一。 國內(nèi)外已經(jīng)有一些企業(yè)和公司致力于研究和開發(fā)交互式教學產(chǎn)品。國內(nèi)主要有：盛興利合、鴻合科技、蝶王科技以及海爾廣科等。盛興利合針對交互式教學系統(tǒng)，提出了：基本型互動系統(tǒng)、短距型互動系統(tǒng)、錄課型互動系統(tǒng)以及答題型互動系統(tǒng)。鴻合多媒體交互式教學系統(tǒng)由鴻合HV系列交互式電子白板、鴻合中控展示臺、鴻合無線射頻磁感應書寫板、日立多媒體投影儀等設備構建而成。此外，海爾樂佰特互動教學系統(tǒng)，是基于無線通訊技術的互動教學產(chǎn)品，基于互動式教學、競爭性學習、個性

11、化教學、面向?qū)W習者個體的學習信息采集、學習過程跟蹤與監(jiān)控等設計理念，實現(xiàn)師生互動。1.4 設計內(nèi)容與預期目標 本文主要完成基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計，通過運用MATLAB自帶的GUI工具實現(xiàn)MATLAB與Word之間的交互式鏈接。所設計系統(tǒng)包括兩個功能，一個是部分常用函數(shù)的三維圖形演示，另一個是通過按鈕打開Word界面(實現(xiàn)MATLAB的Notebook功能），進行程序輸入、編輯、運行。所設計系統(tǒng)能完成已編寫好的常用函數(shù)的三維圖形演示，還能通過Notebook功能在Word中方便實現(xiàn)程序、運行結果和圖形的同一界面顯示。1.5 設計所采用的方法1.歸納法盡可能多的搜集現(xiàn)有的和過去的有

12、關交互式教學系統(tǒng)的資料，在對這些系統(tǒng)的設計及運行情況進行分析研究的基礎上，根據(jù)自己所設計系統(tǒng)的功能要求，給出一個能實現(xiàn)的理想系統(tǒng)模型。2.文獻資料法確定自己研究課題所涉及的范圍，搜集國內(nèi)外關于交互式教學系統(tǒng)的文獻資料，然后找出具有參考價值的篇目，從中盡可能的發(fā)現(xiàn)新的線索和方法，將所得材料不斷進行整理、加工，整合成自己的思維過程。3.系統(tǒng)設計法系統(tǒng)總體設計需要進行系統(tǒng)模塊結構設計，將一個系統(tǒng)分解成不同層次、多個模塊組成的子系統(tǒng)，詳細設計時在模塊結構設計的基礎上，給出每個模塊實現(xiàn)方法的細節(jié)，并對細節(jié)做詳細描述，以便翻譯成編程語言實現(xiàn)模塊功能。第二章MATLAB的Notebook功能和GUI工具2.

13、1 MATLAB的Notebook功能2.1.1 Notebook的安裝與啟動1.安裝隨MATLAB版本的升級，與其適配的版本也會發(fā)生變化。以MATLAB R2011a為例，能用來配置Notebook環(huán)境的Word是2002,2003,2007等版本。 在Windows已經(jīng)裝有前述Word版本的前提下，在MATLAB中配置Notebook環(huán)境十分簡便。只要在MATLAB指令窗口中運行以下指令，配置過程將自動進行。 notebook-setup 假如指令窗口中出現(xiàn)如下信息，就表示配置成功。 Setup complete2.啟動(1)在Word默認窗口(即Normal.dot)下創(chuàng)建新的m-boo

14、k文檔。選擇Word窗口的下拉菜單項，在Word界面右側(cè)引出“新建文檔”對話區(qū)，如圖2-1所示。 在“新建文檔”對話區(qū)的“模板”欄中，點擊“本機上的模板”選項，引出如圖2-2所示的“模板選擇”窗。在“模板選擇”窗中，雙擊m-book圖標，就完成了m-book新文檔的創(chuàng)建。假如在創(chuàng)建m-book前，MATLAB尚未開啟，那么此時就會自動開啟一個MATLAB作為其服務器。圖2-1 在普通Word空白文檔中出現(xiàn)的操作界面圖2-2 模板選擇窗(2)在MATLAB中創(chuàng)建新的m-book文件。在MATLAB指令窗中運行以下指令，都可以創(chuàng)建新的m-book文件，即 notebook %引出一個未命名的m-b

15、ook文檔界面。 notebook NewFileName %在當前目錄上創(chuàng)建名為 NewFileName的空白文件。(3)在Word默認窗口下打開已有的m-book文件。在Word默認的窗口下打開已有m-book文件的方法與打開一般Word文件沒有兩樣。最常用的方法是選中下拉菜單項“文件”中的“打開”，然后從彈出的對話框中選擇所需要編輯的m-book文件。以上指令運行后，自動開啟一個新的MATLAB作為m-book的服務器，而不管此前Windows平臺上是否已經(jīng)開啟了MATLAB。新開啟的MATLAB窗口的當前目錄是MATLAB軟件所在目錄。如果原來的MATLAB窗口是由notebook開啟

16、的則不會再開出新窗口。(4)在資源管理器中打開已有的m-book文件。在資源管理器中，雙擊已有的m-book文件，所出現(xiàn)的現(xiàn)象與開啟方式(3)相同。(5)在MATLAB當前目錄窗中打開已有的m-book文件。在MATLAB當前目錄窗中，雙擊已有的m-book文件，所出現(xiàn)的現(xiàn)象與開啟方式(1)相同。(6) 在MATLAB指令窗中開啟已有的m-book文件。在MATLAB指令窗中，運行指令notebook('FN.doc')，在此FN是已有的m-book文件名。特別提醒：FN之后一定要帶擴展名.doc，否則將造成“清空原文件”的嚴重后果。該指令運行后，將把當前MATLAB設置成文件

17、FN.doc的自動服務器，而不再開啟新的MATLAB。2.1.2 MATLAB與Word的互相調(diào)用1.在 MATLAB中調(diào)用Word在MATLAB命令窗口直接輸入notebook命令，系統(tǒng)會自動啟動Word，其主菜單欄中將增加Notebook一欄。如圖2-3所示。圖2-3 MATLAB中調(diào)用Word2.在Word中調(diào)用MATLAB啟動Word，然后選擇“文件”菜單下的“新建”，打開如圖2-4所示模板，點擊“m-book.dot”后系統(tǒng)會自動啟動MATLAB。圖2-4 Word中調(diào)用MATLAB2.1.3 Notebook的使用指令Notebook某種意義上即是Word中的m-book， Not

18、ebook是通過動態(tài)鏈接庫和MATLAB交互的，交互的基本單位稱為細胞（Cell）。交換的信息，稱為“細胞（群）”。m-book需要把在Word中輸入的MATLAB命令或者語句組成細胞（群），傳送到MATLAB中運行，運行輸出結果再以細胞（群）的方式傳送回m-book中。這樣Word中的輸入細胞（群）下面會出現(xiàn)計算結果以及仿真圖形?！拜斎爰毎笔怯蒻-book傳送給MATLAB的命令，可以多行，也可以是包含在文本中的命令或者一段MATLAB程序。“輸出細胞”是由MATLAB回傳給m-book的計算結果?！白曰罴毎笔怯肗otebook菜單中Define Auto Init Cell命令定義的輸

19、入細胞，它和輸入細胞不同之處是：每次打開m-book時會自動運行自活細胞，而不會運行輸入細胞。自活細胞字符用深藍色標注，而輸入細胞用綠色標注。“細胞群”是包含多句MATLAB命令的多行輸入細胞或自活細胞。生成輸入細胞：在Word中，首先以文本格式輸入指令，然后選中該部分，在Notebook菜單中用Define Input Cell命令或用組合鍵ALT+D，就會把該文本生成綠色的“輸入細胞”。運行輸入細胞：把光標放在“輸入細胞”之后，然后在Notebook菜單中用Evaluate Cell選項或用組合鍵CTRL+ENTER，就可以把生成細胞傳送到MATLAB中運算，運算結果會自動回傳到m-boo

20、k中，運算結果標識為藍色。細胞群和細胞的操作相似。Notebook還提供了計算區(qū)（Calc Zone），它把m-book分成幾個相互獨立的部分，包括：描述一個特定問題或特定操作文本，輸入細胞，輸出細胞。當定義一個計算區(qū)時，Notebook將該部分和m-book其它部分獨立出來，它的定義以及運行和輸入細胞的操作相似。Notebook還提供了細胞的循環(huán)運行，首先選定欲重復運行的輸入細胞（一定要是綠色細胞），接著在Notebook菜單中選Evaluate Loop選項。Notebook菜單功能如表2-1所示。表2-1 Notebook菜單功能菜單項功能Define Input Cell定義輸入細胞D

21、efine Auto Init Cell定義自活細胞Define Calc Zone定義計算區(qū)Undefine Cells將細胞轉(zhuǎn)為文本Purge Selected Output Cells所選篇幅中刪除所有輸出細胞Group Cells生成細胞群Ungroup Cells將細胞群轉(zhuǎn)換為輸入細胞或自活細胞Hide(Show) Cells Markers隱藏（顯示）生成細胞中括號Toggle Graph Output for Cell是否嵌入生成圖形Evaluate Cell運行輸入細胞Evaluate Calc Zone運行計算區(qū)Evaluate M-book運行整個M-book中的所有輸入細

22、胞Evaluate Loop多次運行輸入細胞Bring MATLAB to Front將MATLAB命令窗口調(diào)到前臺Notebook Options設置數(shù)值和圖形輸出格式2.2 MATLAB的GUI工具圖形用戶界面(GUI)是使用圖形對象(按紐、文本框、滾動條、菜單等)創(chuàng)建的用戶界面，這些對象對用戶而言具有明確的含義。圖形用戶界面是提供人機交互的工具和方法。通過它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、處理和輸出。GUIDE是MATLAB提供的一個專門GUI設計工具。實現(xiàn)一個GUI的過程包括兩個基本任務:一是GUI的組件布局，另一個是GUI組件編程。另外的任務是保存和發(fā)布GUI。這些功能的實現(xiàn)通過圖形用戶開發(fā)環(huán)境

23、GUIDE來完成。GUIDE提供一系列創(chuàng)建GUI的工具。主要由7部分組成:版面設計器、屬性編輯器、菜單編輯器、調(diào)整工具，對象瀏覽順序編輯器和m文件編輯器。在命令窗輸入guide，啟動GUIDE模板。用戶可以創(chuàng)建新的或打開已經(jīng)存在的GUI。1.GUIDE完成下面的任務（1）輸出GUI使用GUIDE輸出編輯器，通過單擊和拖拉組件布局GUI并保存組件資源在一個FIG文件中。（2）GUI編程GUIDE自動生成一個控制GUI如何操作的m文件，該m文件初始化GUI界面，并包含一個GUI回調(diào)事件的框架。使用m文件編輯器，可以向回調(diào)事件中添加代碼，運行相關函數(shù)。2. GUI模板GUIDE對話框提供了幾種基本類

24、型的GUI模板。選擇一種模板以后，可以查看預覽效果。如圖2-5所示是 Blank GUI(Default)缺省模板。以下是對相應菜單功能說明。（1）：菜單編輯器用以創(chuàng)建、設置、修改下拉式菜單(Menu Bar)和彈出式菜單(Context Bar)。（2）：屬性編輯器用以查看、設置、修改對象的屬性值。（3）：對象瀏覽器用以查看當前設計階段的各個句柄圖形對象。（4）：Tab次序編輯器設置用戶按下鍵盤上的Tab鍵時，對象被選中的前后次序。（5）：調(diào)整工具對對象設計編輯器中的多個對象的位置進行調(diào)整。（6）：m文件編輯器顯示回調(diào)函數(shù)的列表，在列表中單擊所選擇的回調(diào)函數(shù)，則m文件編輯器自動定位到此回調(diào)函

25、數(shù)所對應的代碼段，在代碼段用戶可以根據(jù)自己的需求進行編輯代碼以完成期望的功能。（7）：工具條編輯器。：運行按鈕。圖2-5 Blank GUI(Default)缺省模板 3.GUI設計原則界面設計最重要的原則是簡單、直觀、對用戶透明。GUI設計的關鍵是使人機之間能夠準確地交流信息，使輸入、處理、與輸出分明，充分體現(xiàn)GUI界面的通信功能。界面設計的一致性、GUIDE提供多種控件選擇，設計中應該避免在界面中使用所有控件。選擇時應該盡量減少用戶界面，簡化應用程序編寫。控件的布局：控件布局一般遵循從左到右，從上到下，主要元素位于左、上部分。次要元素處于右、下方處。2.3 小結本章主要介紹了MATLAB的

26、Notebook功能和GUI工具，詳細介紹了Notebook的安裝、啟動及應用。還簡單介紹了GUI工具的界面以及其遵循的原則。第三章基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計3.1 系統(tǒng)的內(nèi)容體系本系統(tǒng)包含部分常用函數(shù)的三維坐標圖形演示以及可供編寫程序、運行結果、圖形顯示的Word界面。用戶可以進行部分常用函數(shù)的三維圖形查看，因為設計有限，程序還可以通過Word界面進行編輯、運行，進行程序、運行結果和圖形的同一界面顯示。常用部分函數(shù)圖像演示包括f(z)=z、f(z)=z2、f(z)=z3、f(z)=1/z、f(z)=atan(z)等系統(tǒng)函數(shù)。系統(tǒng)內(nèi)容體系結構如圖3-1所示。交互式教學系統(tǒng)函數(shù)圖形演

27、示子系統(tǒng)打開word界面子系統(tǒng)退出系統(tǒng)圖3-1 系統(tǒng)內(nèi)容體系結構3.2 系統(tǒng)的設計原則1.操作性原則用戶在動手操作的過程中理解系統(tǒng)的構成和各個模塊和菜單按鈕的功能，進行程序輸入、運行結果和圖形顯示的體驗。2.交互性原則系統(tǒng)通過GUI設計可視化界面，用戶通過界面上的功能按鈕不僅可以完成基本的函數(shù)三維坐標圖形演示功能，還可以在打開的Word界面輸入程序進行運行，實現(xiàn)程序、運行結果和圖形的同一界面顯示。修改程序中的部分語句還可以進行圖形和運行結果的變化對比，理解部分參數(shù)變化對運行結果的影響。3.可擴展原則本系統(tǒng)只是包含了部分函數(shù)的三維坐標圖像演示功能，用戶還可以在此基礎上根據(jù)自己需求進行再添加，還可

28、以根據(jù)需求進行系統(tǒng)功能按鈕擴充，不斷的完善強大系統(tǒng)的功能。3.3 系統(tǒng)的GUI實現(xiàn)3.3.1 系統(tǒng)結構1.主界面實現(xiàn)進入子系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)函數(shù)和退出系統(tǒng)的功能。2.子系統(tǒng)包含部分常用函數(shù)的三維坐標圖形演示系統(tǒng)和用以進行程序輸入編輯、運行結果和圖形顯示功能的Word界面系統(tǒng)。3.3.2 功能設計1.主界面功能主界面設計實現(xiàn)功能：系統(tǒng)名稱顯示、子系統(tǒng)選擇、退出系統(tǒng)。系統(tǒng)名稱顯示：實現(xiàn)本系統(tǒng)名稱“歡迎進入交互式教學系統(tǒng)”的顯示。子系統(tǒng)選擇：實現(xiàn)從界面進入函數(shù)圖形演示子系統(tǒng)和Word界面子系統(tǒng)功能。退出系統(tǒng)：實現(xiàn)系統(tǒng)退出的功能。2.控件選擇與布局（1）主界面選擇靜態(tài)文本框（text）顯示系統(tǒng)名稱，子系統(tǒng)

29、選擇通過獨立按鈕實現(xiàn)，并放置在界面中心位置。通過界面底色、按鈕和字體顏色的設置，使界面布局簡捷、清晰并增加界面立體感。退出系統(tǒng)功能也是通過按鈕實現(xiàn)。效果如圖3-2所示。圖3-2 系統(tǒng)主界面（2）次界面選擇靜態(tài)文本框（text）顯示系統(tǒng)名稱，系統(tǒng)函數(shù)選擇通過獨立按鈕實現(xiàn)，并放置于界面上部。圖形顯示區(qū)域通過坐標控件實現(xiàn)，放置于下部。返回功能也是通過按鈕實現(xiàn)。效果如圖3-3所示。圖3-3 函數(shù)圖形演示子系統(tǒng)界面 通過靜態(tài)文本框（text）顯示系統(tǒng)名稱，界面說明通過組件盤控件實現(xiàn)，進入、返回功能通過組件盤放置獨立按鈕實現(xiàn)。效果如圖3-4所示。圖3-4 打開Word界面子系統(tǒng)界面 點擊進入按鈕，便可打開

30、Word界面。效果如下圖3-5所示。圖3-5 打開后的Word界面3.控件功能實現(xiàn)界面上所有控件通過MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)功能，主要包括(主界面回調(diào)函數(shù))見附錄一。 函數(shù)圖形演示子系統(tǒng)界面回調(diào)函數(shù)見附錄二。 打開Word界面子系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)見附錄三。3.4 小結本章是設計的重點內(nèi)容。主要研究系統(tǒng)內(nèi)容體系設計和設計所遵循的原則以及系統(tǒng)的圖形用戶界面的實現(xiàn)方法和過程。包括系統(tǒng)結構設計、功能設計、控件選擇與布局以及控件功能的編程實現(xiàn)。第四章系統(tǒng)實例應用效果展示以及設計創(chuàng)新4.1 系統(tǒng)實例應用效果展示4.1.1 函數(shù)圖形演示子系統(tǒng)演示函數(shù)f(z)=z的圖形界面效果如圖4-1所示。圖4-1 函數(shù)f(z)=z

31、圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=z2的圖形界面效果如圖4-2所示。圖4-2 函數(shù)f(z)=z2圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=z3的圖形界面效果如圖4-3所示。圖4-3 函數(shù)f(z)=z3圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=1/z的圖形界面效果如圖4-4所示。圖4-4 函數(shù)f(z)=1/z圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=atan(z)的圖形界面效果如圖4-5所示。圖4-5 函數(shù)f(z)=atan(z)圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=z(1/2)(平面)的圖形界面效果如圖4-6所示。圖4-6 函數(shù)f(z)=z(1/2)(平面)圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=z(1/2)(立體)的圖形界面

32、效果如圖4-7所示。圖4-7 函數(shù)f(z)=z(1/2)(立體)圖形演示效果界面演示函數(shù)f(z)=z(1/3)的圖形界面效果如圖4-8所示。圖4-8 函數(shù)f(z)=z(1/3)圖形演示效果界面4.1.2 Word界面子系統(tǒng)應用1.輸入以下程序段(函數(shù)f(z)=z)： z = cplxgrid(30); cplxmap(z,z) title('z')選中程序，按Ctrl+Enter運行程序，運行結果顯示如圖4-9所示。圖4-9 Word界面子系統(tǒng)應用(函數(shù)f(z)=z)效果2.輸入以下程序段(求向量x的最大值): x=-43,72,9,16,23,47; y=max(x) %求向

33、量x中的最大值 x=-43,72,9,16,23,47; y,l=max(x) %求向量x中的最大值及其該元素的位置選中程序，按Ctrl+Enter運行程序，運行結果顯示如圖4-10所示。圖4-10 Word界面子系統(tǒng)應用(求向量x最大值)效果3.輸入以下程序段(對矩陣做各種排序)： A=1,-8,5;4,12,6;13,7,-13 sort(A) %對A的每列按升序排列 A=1,-8,5;4,12,6;13,7,-13 -sort(-A,2) %對A的每行按降序排列 A=1,-8,5;4,12,6;13,7,-13 X,I=sort(A) %對A按列排序，并將每個元素所在行號送矩陣I選中程序

34、，按Ctrl+Enter運行程序，運行結果顯示如圖4-11所示。圖4-11 Word界面子系統(tǒng)應用(對矩陣做各種排序)效果4.2 設計創(chuàng)新本設計把部分函數(shù)的三維圖形演示展現(xiàn)在一個界面，只需按對應函數(shù)按鈕就可以實現(xiàn)圖形演示。按相應功能按鈕就可以打開Word界面，進行程序輸入與編輯，使程序、圖形、運行結果得以在同一Word界面顯示，實現(xiàn)了基于Notebook功能的MATLAB與Word之間的交互式鏈接。4.3 小結本章節(jié)主要展示了本設計系統(tǒng)的實例應用效果，并提出本系統(tǒng)的設計創(chuàng)新點。結束語本設計為基于MATLAB的交互式教學系統(tǒng)的設計，通過GUI工具實現(xiàn)交互式系統(tǒng)界面的制作及功能演示。實現(xiàn)了基于No

35、tebook功能進行的MATLAB與Word之間的交互式鏈接。所設計的系統(tǒng)，不僅可以進行一些部分常用函數(shù)的三維圖形演示，還可以通過按鈕方便的進出系統(tǒng)，打開Word操作界面，進行程序輸入編輯，實現(xiàn)程序、運行結果及圖形的同一界面顯示。三維圖形演示功能只是包含了很少一部分函數(shù)，用戶還可以根據(jù)自己的需要進行再添加。本設計還可以通過GUI工具添加三個按鈕，分別為程序按鈕、圖形按鈕、運行結果按鈕，在這樣的一個界面下，操作不同的功能按鈕就能實現(xiàn)基于Notebook功能進行的MATLAB與Word之間的交互式鏈接，讓程序、圖形和運行結果可以在同一Word界面進行分區(qū)顯示。由于能力有限，這只能在后續(xù)探索實踐中得

36、以實現(xiàn)。參考文獻1姜長元.Matlab和Word的鏈接及應用J.洛陽師范學院學報.2005，(2):87-882孫曉雅.Matlab與Word的無縫連接方法及其應用J.電腦知識與技術.2006,(32):98-1073張曉利.Matlab與Word的無縫連接及其應用J.價值工程.2011,(5):172-1734呂喜明，劉春艷.Matlab在Word中的嵌入及其在軟件教學中的應用J.內(nèi)蒙古財經(jīng)學院學報（綜合版）.2009,(5):116-1195馮積社.Matlab中交互式功能的分析和實現(xiàn)J.隴東學院學報(自然科學版).2006,16(2)6蔡茂蓉,林茂松.Notebook與Word的通信及其

37、在教學中的應用J.現(xiàn)代計算機.2007,(1):103-1057成曉明,彭佳揚,田淑杭,許云龍.基于Matlab的交互式教學系統(tǒng)軟件開發(fā)技術J.計算機工程與應用.2002,(15):114-1168林瓊.國外交互性形式教學研究綜述J.天津外國語學院學報.2009,16(3):63-689王巧花,葉平,黃民.基于MATLAB的圖形用戶界面(GUI)設計J.煤礦機械.2005,(3):60-6110吳迪,張星.利用MATLAB的GUI功能制作交互式演示實驗軟件J.大學物理實驗.2006,19(2):74-7511徐俊文,王強.MATLAB環(huán)境下的GUI編程J.內(nèi)蒙古民族大學學報(自然科學版).20

38、06,21(6)12沈捷,王莉.基于MATLAB的圖形交互式數(shù)字信號處理教學實驗系統(tǒng)J.電腦開發(fā)與應用.2007,20(9):59-6113陳鴻,商細云.利用現(xiàn)代教學手段改革傳統(tǒng)教學模式J.華北工學院學報(社科版).2003,(3):27-4014FeiHu,lixia.GUI Design:from Information Architecture to Interactive Experience.2008 IEEE 9th International Conference on Computer-Aided Industrial Design & Conceptual Desig

39、n.china.11,2008致謝借此論文完成之際，衷心感謝我的指導老師湯全武副教授。從選題到論文的成稿，自始至終離不開湯老師的指導，湯老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和孜孜不倦的追求知識的進取精神讓我受益匪淺。在此，再一次謹向湯老師致以衷心的感謝！感謝學校，給了我知識，給了我思想，給了我成長，給了我舞臺。讓我在這里得以四年的學習與生活，在這里我學到了很多，成長了許多。感謝學院的領導和老師，謝謝他們的辛勤教誨！向所有關心、愛護和幫助過我的人表示衷心的感謝！附錄一function varargout = JHSJX(varargin)% JHSJX M-file for JHSJX.fig% JHSJX, b

40、y itself, creates a new JHSJX or raises the existing% singleton*.% H = JHSJX returns the handle to a new JHSJX or the handle to% the existing singleton*.% JHSJX('CALLBACK',hObject,eventData,handles,.) calls the local% function named CALLBACK in JHSJX.M with the given input arguments.% JHSJX(

41、'Property','Value',.) creates a new JHSJX or raises the% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are% applied to the GUI before JHSJX_OpeningFunction gets called. An% unrecognized property name or invalid value makes property application% stop. All inputs ar

42、e passed to JHSJX_OpeningFcn via varargin.% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one% instance to run (singleton)".% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES% Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc.% Edit the above text to modify the response to help JHSJX% Last

43、Modified by GUIDE v2.5 08-Mar-2012 08:38:11% Begin initialization code - DO NOT EDITgui_Singleton = 1;gui_State = struct('gui_Name', mfilename, . 'gui_Singleton', gui_Singleton, . 'gui_OpeningFcn', JHSJX_OpeningFcn, . 'gui_OutputFcn', JHSJX_OutputFcn, . 'gui_Layou

44、tFcn', , . 'gui_Callback', );if nargin && ischar(varargin1) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin1);end if nargout varargout1:nargout = gui_mainfcn(gui_State, varargin:);else gui_mainfcn(gui_State, varargin:);end% End initialization code - DO NOT EDIT% - Executes just before

45、 JHSJX is made visible.function JHSJX_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)% This function has no output args, see OutputFcn.% hObject handle to figure% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% varargin

46、command line arguments to JHSJX (see VARARGIN)% Choose default command line output for JHSJXhandles.output = hObject;% Update handles structureguidata(hObject, handles);% UIWAIT makes JHSJX wait for user response (see UIRESUME)% uiwait(handles.figure1);% - Outputs from this function are returned to

47、the command line.function varargout = JHSJX_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);% hObject handle to figure% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

48、% Get default command line output from handles structurevarargout1 = handles.output;% - Executes on button press in pushbuttonXT.function pushbuttonXT_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbuttonXT (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% h

49、andles structure with handles and user data (see GUIDATA)JHSclose(JHSJX)% - Executes on button press in pushbuttonBJ.function pushbuttonBJ_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbuttonBJ (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles struc

50、ture with handles and user data (see GUIDATA)JHS1close(JHSJX)% - Executes on button press in pushbuttonTCXT.function pushbuttonTCXT_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbuttonTCXT (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure

51、with handles and user data (see GUIDATA)Close附錄二function varargout = JHS(varargin)% JHS M-file for JHS.fig% JHS, by itself, creates a new JHS or raises the existing% singleton*.% H = JHS returns the handle to a new JHS or the handle to% the existing singleton*.% JHS('CALLBACK',hObject,eventD

52、ata,handles,.) calls the local% function named CALLBACK in JHS.M with the given input arguments.% JHS('Property','Value',.) creates a new JHS or raises the% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are% applied to the GUI before JHS_OpeningFunction gets calle

53、d. An% unrecognized property name or invalid value makes property application% stop. All inputs are passed to JHS_OpeningFcn via varargin.% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one% instance to run (singleton)".% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES% Copyrigh

54、t 2002-2003 The MathWorks, Inc.% Edit the above text to modify the response to help JHS% Last Modified by GUIDE v2.5 09-Mar-2012 20:42:08% Begin initialization code - DO NOT EDITgui_Singleton = 1;gui_State = struct('gui_Name', mfilename, . 'gui_Singleton', gui_Singleton, . 'gui_OpeningFcn', JHS_OpeningFcn, . 'gui_OutputFcn', JHS_OutputFcn, . 'gui_LayoutFcn', , . 'gui_Callback', );if nargin && ischar(varargin1) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin1);endif nargout varargout1:nargout = gui_mainfcn(gui_State, varargin:);else gui_