劉小軍　溫宏愿　劉增元

[摘 要]該研究以應用型本科辦學為目標，結(jié)合DSP原理及應用課程教學存在的問題，通過“雙師雙能”師資建設、“理實一體化”授課模式、模塊化教學方式、以賽促學教學手段、翻轉(zhuǎn)課堂授課形式以及多種考核方式等方面的教學改革，將理論知識和實踐緊密結(jié)合起來。實踐表明，學生的學習興趣、實踐和創(chuàng)新能力得到了很大程度地提升，應用型本科人才的培養(yǎng)質(zhì)量也因此有了提高。

[關鍵詞]應用型本科;DSP原理及應用;模塊化教學;以賽促學;翻轉(zhuǎn)課堂;多種考核方式

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）04-0103-03

DSP廣義上包含數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing）和數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP ）兩層含義。前者主要研究用數(shù)字方法對信號進行分析、變換、濾波、檢測以及快速算法的一套理論知識體系，相關課程有信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等;后者是一類具有靈活、高速等功能特點，廣泛用于圖像處理、通信技術、自動控制、消費電子等領域的嵌入式處理器[1-2]。DSP原理及應用課程（以下簡稱“DSP課程”）是電氣類本科專業(yè)的一門專業(yè)課，該課程技術應用性強，教學內(nèi)容涉及知識面廣，要求學生掌握DSP芯片軟硬件開發(fā)技術，實現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的應用能力[3-4]。該課程的開設，對學生掌握 DSP技術及其開發(fā)應用，以及提高學生的創(chuàng)新實踐能力和升學就業(yè)率有著重要的意義。

為提高DSP課程的教學質(zhì)量，國內(nèi)多所院校進行了教學改革和實踐，主要包括：調(diào)整理論教學與實踐教學的內(nèi)容與課時的比例，在保證理論授課的情況下，盡可能增加實踐教學內(nèi)容[5];對DSP課程教學內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，突出課程重點，著重介紹DSP芯片特性及外圍電路設計，通過強化與之對應的軟件編程能力達到掌握DSP技術開發(fā)能力的目的[6];采用項目化、實例化教學方法，通過具體程序設計實例講解提升學生的學習興趣和應用能力[7];引入CDIO工程項目教育理念，對DSP課程教學內(nèi)容進行重構，并在整個教學實施中貫穿CDIO教育理念[8-9]。

南京理工大學泰州科技學院作為一所地方本科高校，把“辦一流應用型本科、培養(yǎng)一流現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)工程師”作為辦學目標，旨在培養(yǎng)區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展急需的應用型人才。應用型人才和研究型本科高校所培養(yǎng)的人才不一樣，前者的生源入學基礎相對薄弱，在授課內(nèi)容和授課方式上不能照搬后者的教育教學方式，需要有針對性地進行課程教學改革[10]。

從實習生、用人單位和畢業(yè)生近年來的反饋發(fā)現(xiàn)，電氣類專業(yè)的教育質(zhì)量和企業(yè)的要求還有一定的差距。特別是DSP課程作為電氣類專業(yè)的核心課程，在電力電子技術、電氣控制、智能制造、通信等領域均得到廣泛應用，企業(yè)急需動手能力強、實踐經(jīng)驗豐富的畢業(yè)生，目前高校所培養(yǎng)的人才尚未達到企業(yè)的要求。因此，本文結(jié)合企業(yè)需要、其他院校的改革經(jīng)驗以及我校的應用型本科辦學定位對DSP課程教學改革進行了探索和實踐。

一、DSP課程的教學現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容難度較大，涉及知識面廣

DSP課程是面向我校電氣類專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)必修課程，其開設時間為大三下學期。DSP課程內(nèi)容難度較大：首先，DSP 芯片結(jié)構較復雜。相比較前期課程“51單片機原理及應用”，DSP 課程的研究對象 DSP 芯片（采用TMS320F2812芯片）具有結(jié)構復雜的特點，內(nèi)核采用哈佛結(jié)構、多級流水線、外設功能靈活復雜、外設寄存器數(shù)量多，學生學習掌握有一定的難度[11];其次，課程內(nèi)容因涉及知識面廣而對先修課程要求較高。DSP課程要求學生不但具有單片機、數(shù)字電路、模擬電路以及自動控制原理等課程先修知識，還應具備C 語言編程、數(shù)據(jù)結(jié)構等課程基礎知識，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)。此外，DSP課程需要較強的英語閱讀能力，因為本課程的研究對象是TI公司研發(fā)生產(chǎn)的一款使用于控制領域的經(jīng)典處理器芯片TMS320F2812芯片，其相關的資料如數(shù)據(jù)手冊、操作指南都是英文版，厚達上千頁。雖然任課教師會根據(jù)教學內(nèi)容的不同有所側(cè)重，但開展教學和學習都需要具備良好的英文閱讀能力，方能很好地理解芯片的使用方法，掌握DSP技術及其應用。

（二）課時安排不合理，理論與實踐脫節(jié)

目前DSP課程為3個學分，總共48學時，其中理論教學占40學時，實驗教學占8學時。理論教學還是在傳統(tǒng)的多媒體教室進行授課，采用多媒體加板書的形式。多媒體技術支持下的含有大量圖形、視頻和音頻課程的課堂教學可以幫助學生深入和形象地理解課程內(nèi)容，但是多媒體教學對于技術實踐性強，需要將知識及時通過動手演練去加深理解的DSP課程來說就顯得力不從心。

（三）實驗教學環(huán)節(jié)較薄弱，與實際應用脫節(jié)

近年來，為適應區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展以及保證大學生就業(yè)，地方普通本科高校在培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力上更加重視，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，這類學校向應用型本科高校轉(zhuǎn)型的步伐加快了。在加大實踐課程比例的情況下，大學生眼高手低、實踐能力差的現(xiàn)象有所緩解，但是對照應用型人才培養(yǎng)的要求，目前大部分課程的實踐教學環(huán)節(jié)還是比較薄弱的。

DSP 課程是一門技術實踐性很強的課程，其教學目的就是在真正的DSP 芯片上編程，以及運行控制算法、數(shù)學算法，實現(xiàn)企業(yè)對產(chǎn)品開發(fā)所需技術的要求。而目前的DSP課程實驗只有8學時，需要完成4個實驗，教學時間嚴重不足。而且在實驗課上，學生主要是按照實驗箱廠商提供的實驗指導書，在教師的引導下修改程序后下載到實驗箱觀察運行結(jié)果，整個過程缺乏趣味性和創(chuàng)新性，難以做到離開實驗箱自己去設計開發(fā)應用系統(tǒng)。

（四）缺乏優(yōu)質(zhì)的中文教材

DSP課程一般在大三階段開設，學生前期已掌握一定的基礎知識和技能。如上面所說，最好的學習資料就是芯片的數(shù)據(jù)手冊，但由于是英文的，教學和學習起來都存在一定的困難，而目前市面上的中文優(yōu)質(zhì)教材又太少。大多數(shù)教材將DSP芯片的結(jié)構、特點、外設等方面介紹得很具體，理論知識偏多，而關于知識點的應用卻很少，結(jié)合實際工程案例進行知識點的串講則更少，這就造成學生疲于理解記憶各種單元結(jié)構以及相應寄存器，容易使其產(chǎn)生厭學心理。此外，一些教材在DSP編程方面還是從匯編指令集出發(fā)，沒有脫離DSP芯片結(jié)構理解記憶的范疇，這與目前實際主要采用C/C++語言的DSP編程方法脫節(jié)。此外在算法方面，一些教材存在通篇沒有算法知識點講解的情況，這無疑增加了教師教學和學生學習的難度。

（五）考核形式單一，存在較大弊端

目前DSP課程考核主要由平時成績和期末成績兩部分組成，平時成績包括課堂出勤、課后作業(yè)以及實驗成績，期末成績通過閉卷考試方式進行考核，平時成績占40%，期末成績占60%。這種傳統(tǒng)的考核方式存在較大弊端：第一，學生課后作業(yè)和實驗報告的撰寫幾乎千篇一律，甚至還存在很嚴重的抄襲現(xiàn)象，無法客觀評價學生真實的學習情況。第二，只采用閉卷考試形式的做法，無法反映學生在電路設計、程序編寫、系統(tǒng)調(diào)試等方面的動手能力，而且難以激勵學生通過參加各種相關競賽來提髙實踐創(chuàng)新能力。

二、DSP課程的教學改革

（一）打造“雙師雙能”型師資隊伍

影響課程教學質(zhì)量的決定因素是教師。抓好課程建設，提高教學質(zhì)量，必須有一支實力強的師資隊伍作支撐。目前，DSP課程組擁有一支素質(zhì)好、 教學能力強的自有師資隊伍。此外，我校近年來不斷推進應用型本科建設，以培育應用型人才為主要任務，不斷深化產(chǎn)教融合、校企合作，從合作企業(yè)引入具有豐富實踐經(jīng)驗的工程師，組建一支強大的“雙師雙能” 型師資隊伍，這其中就有具備多年 DSP技術開發(fā)經(jīng)驗的工程師，極大地增強了我校DSP課程師資力量，保障了其教學質(zhì)量。此外，不定期邀請行業(yè)、企業(yè)專家開展DSP方面的前沿技術、最新應用以及企業(yè)人才崗位需求等方面的專題講座，從而讓師生進一步明確教學和學習目標。通過校企合作，每年都有一部分優(yōu)秀學子被企業(yè)選來參與企業(yè)實際項目，甚至到企業(yè)中頂崗實習，這對于提前讓學生適應企業(yè)開發(fā)環(huán)境，為社會輸送 DSP開發(fā)方面的合格人才很有幫助。

（二）教學方式改革

1.實施“理實一體化”授課模式

傳統(tǒng)的DSP課程授課模式基本上是在教室進行理論知識的講解，在實驗室進行實驗內(nèi)容的教學。這種將理論知識和實踐操作分開的授課模式很容易造成知識與其應用的脫節(jié)，特別是實踐性很強的課程。因此，我們采用理論教學和實踐教學相結(jié)合的方式，將課堂搬到 DSP實驗室，摒棄全部理論教學內(nèi)容教完后才開始實施實驗教學的傳統(tǒng)模式，讓實踐教學貫穿于理論教學的始終，使學生得到及時鍛煉。

2.采用模塊化教學方式

一般的課程教學基本上都是按照教材內(nèi)容的先后順序進行講解，每次授課時間是2節(jié)課，且理論和實踐分開授課。DSP課程是一門專業(yè)技術性很強的課程，需要及時將所學理論知識進行實踐演練，才能達到較好的學習效果。因此，我們把DSP課程的知識點進行重新梳理，分成多個知識模塊，每個知識模塊又分成理論知識和實踐操作兩部分，并將實踐操作部分設計成針對所授理論知識的一個個案例。整個課程48學時，分成12個知識模塊和4個考核項目。每個知識模塊授課3個小時：一般是先進行1.5小時理論知識的講解，接著針對所授知識進行1.5小時案例的實際操練。表1為“通用I/O”知識模塊的授課計劃?？己隧椖渴侵笇⒅v解的階段性知識模塊整合起來，形成具體的綜合項目。上課一開始就公布項目實施的具體要求，要求學生在3個小時內(nèi)各自獨立完成現(xiàn)場測試、答辯、考核。經(jīng)實踐，這種“學中做、做中學”的教學方式深受學生喜歡，其學習效果得到極大提升。

此外，為了強化學生對DSP技術的理解和掌握，我們?yōu)楹笃谡n程設置了DSP課程設計以及基于DSP技術開發(fā)應用的畢業(yè)設計?？己隧椖吭O計充分結(jié)合課程設計和畢業(yè)設計的內(nèi)容與要求，遵循“基礎厚、知識廣、難度小”的出題思路，重在考查學生對知識點的掌握和應用情況，強化學生的模塊化編程能力，為后期的綜合性課程設計和畢業(yè)設計的開展打下堅實的基礎。

3.貫徹以賽促學、以賽促教的教學理念

鼓勵學生報名加入我?！皺C器人競賽團隊”，參加“中國機器人大賽”“江蘇省大學生機器人大賽”等賽事，將課堂所學的知識運用到實踐中。學生在比賽過程中跟其他院校的師生進行多方面的學習交流，提升了技能與知識水平，開闊了視野。賽后，教師將比賽案例進行經(jīng)驗提煉、總結(jié)，反哺教學。2018年，參加機器人比賽的學生比例達到了25%，并在“2018中國工程機器人大賽”中獲得一等獎4項（其中冠軍1項）、二等獎2項、三等獎3項的好成績，在學生中產(chǎn)生了廣泛的影響，吸引了更多的學生加入“機器人競賽團隊”，也促進了學校“第二課堂”的建設。

4.采取翻轉(zhuǎn)課堂授課形式

為了提高學生的學習主動性、趣味性以及對學習的參與度，我們適當引入翻轉(zhuǎn)課堂授課形式。在翻轉(zhuǎn)課堂教學環(huán)節(jié)中，上課前教師布置好學習任務和內(nèi)容，學生分成一個個小組，小組內(nèi)部需要進行溝通、協(xié)作，通過使用教師提供的網(wǎng)絡視頻、文字資料、網(wǎng)絡搜索途徑以及動手編程去學習理解知識模塊，讓學生充分利用好課余時間;課堂上小組需要對模塊知識點的完成情況進行展示、匯報，教師對其完成度進行點評與評分，并記入平時成績。通過這種問題的引導、學習小組的合作交流學習，培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生的學習興趣。

（三）考核方式改革

我校的DSP課程以往都是以平時成績?yōu)檩o、期末考試為主來評定最終成績的。如前所述，閉卷考試存在諸多弊端，不能達到使學生真正掌握知識與提升能力的目的。而且，學生為了應付考試，往往平時不重視，上課沒精神、打瞌睡、玩手機，臨近考試才重點突擊復習，而且作弊現(xiàn)象屢禁不止等。因此，我們對DSP課程采取多種考核方式相結(jié)合，以能力為本位，提高學生的學習積極性。平時成績占30%（包括出勤、課堂提問、翻轉(zhuǎn)課堂作品答辯、作業(yè)完成度等），項目考核占60%（模塊化授課過程中安排4次項目考核，每個項目占15%），各類競賽占10%。實踐證明這種方式切實提高了學生的學習、參與競賽和申請項目的積極性，增強了學生的實踐創(chuàng)新能力。

三、結(jié)論

本文針對目前我校DSP課程教學過程中存在的一些問題，結(jié)合企業(yè)需要、其他院校的改革經(jīng)驗以及我校的應用型本科辦學定位，從能力本位出發(fā)，開展“雙師雙能”型師資隊伍建設，采用“理實一體化”授課模式、模塊化教學方式、以賽促學教學手段、翻轉(zhuǎn)課堂授課形式，并對考核方式以及教學評價等方面進行了DSP 課程的教學改革，切實增強了我校學生主動學習的意識，提高了我校應用型本科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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[責任編輯：龐丹丹]