郭本振　王曉晶

[摘 要] 本文分析通信工程以及電子信息工程專業(yè)“DSP技術與應用”課程教學過程中存在的問題并在CDIO教育理念基礎上提出針對該課程的教學改革思路。依據(jù)CDIO教育理念對“DSP技術與應用”課程教學內(nèi)容進行重構(gòu)并在整個教學實施中貫穿CDIO教育理念。

[關鍵詞] DSP；CDIO；教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 02-0078-02

2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學經(jīng)歷4年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。該理念就是以產(chǎn)品的研發(fā)到運行、廢棄全過程為載體，培養(yǎng)學生工程實踐能力。學生能力的培養(yǎng)不僅包括學科知識，而且包括學生終身學習能力、團隊交流能力和在企業(yè)和社會環(huán)境下的構(gòu)思、設計、實施、運行能力，是以主動的、實踐的、課程之間有機結(jié)合的方式學習并實踐工程理論、技術和經(jīng)驗。目前，國內(nèi)外很多大學已經(jīng)開始引入CDIO教學理念應用與工科課程教學，取得了良好的教學效果和教學經(jīng)驗。將CDIO教學理念應用于“DSP技術與應用”課程教學在一定程度上可以改變目前DSP技術教學過程中出現(xiàn)的學生入門難、積極性差、動手實踐能力低等問題。

一 “DSP技術與應用”課程教學中存在的問題

1 課程內(nèi)容難度較大、涉及知識面廣

DSP技術在電子、通信、計算機、國防等領域應用特別廣泛。“DSP技術及應用”課程是面向我校通信工程和電子信息工程本科專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)必修課程。開設學期為大三下學期，總學時為72，其中理論學時54，實驗學時18。 “DSP技術及應用”課程教學難度較大，主要體現(xiàn)在：

第一，DSP芯片結(jié)構(gòu)較復雜。相比于基于X86結(jié)構(gòu)的“計算機組成原理”課程和基于51單片機的“單片機原理”課程，“DSP技術及應用”課程面向的對象DSP芯片具有結(jié)構(gòu)復雜的特點。DSP芯片內(nèi)核采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線、多級流水線、外設功能靈活復雜、狀態(tài)控制寄存器數(shù)量多，學生理解學習有一定難度。

第二，課程內(nèi)容涉及知識面廣對先修課程要求較高?！癉SP技術與應用”課程涉及知識面較廣，要求學生不但具有計算機組成原理、單片機以及數(shù)字電路課程先修知識，還應具備高等數(shù)學、信號與系統(tǒng)等課程關于信號處理方面的基礎理論知識。另外，學習DSP技術的最終目的是要在DSP芯片上進行編程實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，因此還需學生具備C語言編程以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎知識。先修課程多，知識基礎要求高給該課程的教學和學生的學習帶來巨大挑戰(zhàn)。

2 實驗教學環(huán)節(jié)較薄弱

傳統(tǒng)的高等教育與職業(yè)教育不同，強調(diào)課堂教學形式，注重學生對知識的理解。近年來，為適應社會發(fā)展以及保證大學生就業(yè)，普通高等院校普遍加大了專業(yè)課實驗課程以及創(chuàng)新實踐類課程的比例。特別是教育部等三部委印發(fā)《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉(zhuǎn)變的指導意見》以來，地方普通本科高校在培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力上更加投入教學力度。在此情況下，工科大學生眼高手低、實踐能力差的現(xiàn)象有所緩解，但是相對應用型本科教學要求，目前大部分課程實驗教學環(huán)節(jié)還是相對薄弱和欠缺的。

“DSP技術與應用”課程是一門工程實踐性很強的課程，其教學目的就是在真正的DSP芯片上運行數(shù)學算法，這是目前企業(yè)采用DSP進行產(chǎn)品開發(fā)的核心內(nèi)容。從這一方面看，“DSP技術與應用”與目前企業(yè)招聘DSP相關崗位的工作內(nèi)容高度統(tǒng)一。目前的DSP技術教學包括理論教學與實驗教學兩部分，目前理論學時54，實驗學時18，實驗教學學時嚴重不足。在課程理論教學過程中著重DSP內(nèi)部構(gòu)成原理以及寄存器的記憶學習，編程方面匯編語言指令的記憶運用學時較大。實驗教學環(huán)節(jié)一般安排少于10個實驗，其中演示性實驗較多，創(chuàng)新應用性實驗比重較低。實驗環(huán)節(jié)的薄弱造成學生學習DSP技術后不能真正將DSP學以致用，學生能力與企業(yè)需求差距較大。

3 國內(nèi)缺乏優(yōu)秀教材

“DSP技術與應用”課程一般作為高年級專業(yè)課開設，目前國內(nèi)該課程優(yōu)秀教材較少。多數(shù)教材在介紹DSP結(jié)構(gòu)方面強調(diào)面面俱到，有的直接照搬器件數(shù)據(jù)手冊。內(nèi)容從內(nèi)核到各種外部設備都進行介紹，造成學生疲于理解記憶各種單元結(jié)構(gòu)以及相應寄存器。在介紹DSP編程方面很多教材都從DSP指令集出發(fā)，先介紹匯編指令集再介紹基于匯編語言的DSP編程?；趨R編指令集的講解其實還是沒有脫離DSP結(jié)構(gòu)理解記憶的范疇，另外目前實際運用中流行的DSP編程方法都是采用C語言等高級語言編程?；趨R編語言的DSP編程造成學習與實際應用相割裂，學生很難學以致用。在DSP算法實現(xiàn)方面，很多教材都是以經(jīng)典FIR濾波器和FFT算法進行講解，但是對于算法推導以及算法思想介紹很少。學生在不了解算法的情況下很難看懂基于匯編語言的算法實現(xiàn)，這無疑增加了教師教學難度和學生的學習難度。

二 CDIO模式下“DSP技術與應用”教學方式的重構(gòu)與實施

針對目前“DSP技術與應用”課程教學過程中存在的一系列問題，采用CDIO教學模式對課程教學方式進行重構(gòu)，并在教學過程中實施CDIO教學理念，力圖提高該課程的實際教學效果和教學質(zhì)量。重構(gòu)和實施包括教學過程重構(gòu)、教學內(nèi)容重構(gòu)、教學評價方式的研究與探索、引入企業(yè)現(xiàn)有項目流程管理經(jīng)驗、采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式提高項目實施效果。

1 CDIO模式下“DSP技術與應用”教學過程重構(gòu)

為使CDIO工程教學理念在DSP課程中得以發(fā)揮和體現(xiàn)，堅持理論和實踐相結(jié)合，注重理論知識向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)向，其教學方式需要進行重構(gòu)。依據(jù)CDIO理念將整個課程教學過程分為項目構(gòu)思階段、設計階段、實施階段、運行階段。在構(gòu)思階段，以培養(yǎng)學生理論知識為主，在講解教材內(nèi)容基礎上給出項目選題和任務，讓學生獨立思考，提出解決方案；在設計階段，教師根據(jù)學生提出的方案進行評審，最終確定方案并將任務進行分解，學生進行分組并各自獨立完成所分模塊；在實施階段，各組學生將所有設計的功能單元集成在一起，解決在聯(lián)合調(diào)試中出現(xiàn)的問題；在運行階段，對項目作品進行演示答辯以及項目文檔的編寫與評審，由老師給出評價結(jié)果。教學方式力求改變傳統(tǒng)的理論教學和實驗教學的模式，發(fā)揮CDIO理念優(yōu)勢，爭取培養(yǎng)效果最優(yōu)化。

2 CDIO模式下“DSP技術與應用”教學內(nèi)容重構(gòu)

采用CDIO教學模式需要將課程內(nèi)容分解為各個項目。結(jié)合DSP技術課程教學特點，將課程中的知識模塊一一轉(zhuǎn)化，圍繞CDIO模式進行組織和開展教學。每個項目安排2～3人組成一個團隊，在團隊合作中，培養(yǎng)學生專業(yè)知識的掌握和溝通協(xié)調(diào)的能力。根據(jù)課程結(jié)構(gòu)和知識模塊難易程度，項目的設計采用多層次、遞進式的方式，從簡單到復雜、從單一到綜合，逐步由知識點到知識模塊再到整個知識面的覆蓋。根據(jù)對DSP教學大綱和教材的剖析，將DSP知識劃分為3大模塊：DSP硬件原理、DSP軟件編程、DSP算法實現(xiàn)。在DSP硬件原理模塊弱化寄存器的理解記憶，舉一反三，重點培養(yǎng)學生查閱數(shù)據(jù)手冊的能力。在DSP軟件編程模塊重點進行基于C語言的DSP編程訓練，弱化匯編指令的理解記憶。在DSP算法實現(xiàn)模塊對FIR濾波器以及FFT算法重點講解，指導學生編程實現(xiàn)并進行程序優(yōu)化。

3 “DSP技術與應用”課程教學評價方式探索

為適應CDIO模式下課程的改革，該課程的評價方式也需要進行改革和創(chuàng)新。教學評價方式貫穿于整個學期項目進行過程中，在項目的每個階段學生都要做好各種演示，采用文檔、代碼、實物相結(jié)合的方式對學生知識整體掌握程度進行綜合評價。評價從三方面進行：一是項目過程中學生輸出資料方案的答辯，主要考察學生理論知識與研究嚴謹性、規(guī)范性的程度；二是項目過程中學生的具體表現(xiàn)包括參與討論積極度、動手實踐程度等；三是項目作品實際的演示和答辯情況，針對作品的完整性和演示的有效性對學生小組整體進行評價。

4 借鑒現(xiàn)有的企業(yè)項目管理流程

不同于傳統(tǒng)的教學與學習，學生的學習對某一門學科是不完整的，但對每一個行動來說卻是完整的。采用CDIO教學模式將課程的學習過程具體為某項行動，該項行動必須在一定的規(guī)范下進行。目前，一些公司的產(chǎn)品開發(fā)流程以及文檔規(guī)范可以借鑒到基于CDIO的課程教學中來，比如華為公司的產(chǎn)品IPD開發(fā)流程。在項目化課程中融入企業(yè)規(guī)范開發(fā)流程有助于學生培養(yǎng)嚴謹?shù)膶W習工作作風，使學生自定項目最大程度地貼近企業(yè)實際項目，讓學生真正得到鍛煉。

5 引入“互聯(lián)網(wǎng)+”模式提高項目實施效果

在教學實施過程中引入“互聯(lián)網(wǎng)+”手段，包括推行開放手機使用以及線上線下互動模式。通過這兩種方式可以進一步提高CDIO模式的項目實施效果。

目前我國移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)位于世界前列甚至已經(jīng)超過某些發(fā)達國家水平。我國移動應用軟件（APP）發(fā)展以及智能手機普及度已達到很高水平，大學生智能手機普及度幾乎達到100%。與之相對應的是智能手機參與教育教學程度不夠，某些大學為了提高教學質(zhì)量甚至反對學生將智能手機帶入課堂。在本課程教學改革中，允許學生在課堂中使用手機接入教學局域網(wǎng)，在項目實施過程中可以通過手機下載資料、上傳代碼并與教師和其他同學保持互動。

目前較流行的MOOC式教學中已具有一些教學過程中的線上+線下互動方式，但是大多僅限于作業(yè)交流、論壇/帖子的方式，交互方式較為傳統(tǒng)。通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術，教學與項目實施過程不限于課堂。正常課堂教學過程中教師可發(fā)送課堂練習到學生移動智能終端中，讓學生及時把知識吃透，通過學生的回答，教師也可以及時了解學生的知識吸收情況，有針對性地講解與進行項目指導。在課后，學生通過智能終端可以提出問題讓教師回答，項目實施中遇到的難題學生之間也可以互相幫助。

參考文獻

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