王申 周杰 田敏

[摘 要]微課是近年來興起的一種使用短視頻進行課堂教學(xué)的新型教學(xué)手段。基于微課進行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的教學(xué)探索，設(shè)計了針對不同知識點的微課教學(xué)視頻。測驗表明，進行微課視頻教學(xué)后，學(xué)生對重要知識點的掌握程度明顯提升，即微課有效提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率。

[關(guān)鍵詞]DSP技術(shù);實驗教學(xué);微課;教學(xué)改革

一、引言

《DSP技術(shù)與應(yīng)用》是電子信息工程、通信工程、電氣工程與自動化等專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課，系統(tǒng)地講授了數(shù)字信號處理芯片的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、開發(fā)工具、程序設(shè)計、片內(nèi)外設(shè)接口及應(yīng)用等理論知識，除此之外作為一門實踐工程性學(xué)科，還需要完成課標(biāo)要求的實驗課程對課堂理論知識進行應(yīng)用，鍛煉動手能力[1-4]。在理論課中，需要記憶的知識點較多，部分學(xué)習(xí)內(nèi)容晦澀難懂，理論性太強，對編程及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有一些要求。采用原有的幻燈片講授的講課模式，在90分鐘的教學(xué)過程中常常出現(xiàn)學(xué)生注意力不集中、教學(xué)重點和教學(xué)難點掌握不牢的問題。在實驗課中，因為部分學(xué)生基礎(chǔ)差，底子薄，造成對于課堂知識理解不深，相應(yīng)地導(dǎo)致不能順利地完成實驗，最后對該課程徹底失去學(xué)習(xí)興趣[5-6]。

二、引進微課視頻教學(xué)的必要性

1.課時有限

《DSP技術(shù)與應(yīng)用》在本科課程體系中承接C語言程序設(shè)計、數(shù)模電子技術(shù)、單片機原理等課程，進一步學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理芯片及設(shè)計相關(guān)知識，在整個本科知識體系中有著舉足輕重的作用。原有的課程在課時安排上課堂傳授只有54個學(xué)時，時間有限，很難把每章節(jié)的重難點講透，使學(xué)生充分理解。比如在尋址方式這一知識點的講解中，有限的課堂時間很難把各個尋址方式講清楚。

2.課堂教學(xué)效率低下

該課程承接學(xué)生對數(shù)字信號處理的學(xué)習(xí)，主要介紹DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點，匯編語言，系統(tǒng)設(shè)計方法，對DSP技術(shù)基本的調(diào)試方法。理論性強，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很容易出現(xiàn)注意力不集中，對學(xué)習(xí)的知識點不感興趣等情況，教學(xué)效率低下。

3.實驗安排不合理

DSP實驗教學(xué)效果很大程度影響著學(xué)生對于DSP技術(shù)與應(yīng)用理論教學(xué)內(nèi)容的深化，學(xué)生是否掌握DSP技術(shù)的實際操作對于將來走上工作崗位起著至關(guān)重要的作用。由于課程進度、設(shè)備等問題的影響，DSP實驗教學(xué)時間與對應(yīng)的理論內(nèi)容教學(xué)存在實踐上的偏差。沒有做到實驗題目與對應(yīng)知識點的同步。比如DSP的基本四則運算實驗安排在第十二周，但是在理論課上這一知識是在第9周傳授，時間跨度將近一個月，使得學(xué)生遺忘部分內(nèi)容，不利學(xué)生對于這一知識點的消化和吸收。

微課視頻教學(xué)是近年來新興的一種教學(xué)手段。微課是指以簡單精練的視頻作為表現(xiàn)方式，旨在講述課程中的重要知識點，可被利用在教學(xué)中的視頻材料，一般還應(yīng)含有對應(yīng)的教學(xué)設(shè)計，素材資料，學(xué)習(xí)測評及解答等教學(xué)支持資源，形成一種凸顯主題的資源應(yīng)用[7]。

微課將課堂講授的重要知識點凝練成5～10分鐘的一段短視頻，富有趣味性，知識點凝練，在知識點的講授過程中能夠有效吸引學(xué)生注意力，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以在課前的預(yù)習(xí)過程中就重難點通過觀看視頻學(xué)習(xí)，在課堂上有針對性地提問存在的疑惑。教師教學(xué)有針對性，極大地提高了課堂的教學(xué)效率。同時，微課教學(xué)還包括與短視頻配套的課堂練習(xí)、提問環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)、教師點評環(huán)節(jié)等輔助性教學(xué)手段，能夠有效提升課堂上師生的互動性，有效避免了填鴨式教學(xué)模式的缺點。這種教學(xué)方式，把學(xué)生的課堂時間無形地延長，學(xué)生可以在任何時間任何地點通過移動設(shè)備學(xué)習(xí)，成功解決了課時有限的問題。提前錄制好實驗課程的微課，學(xué)生可以在課前觀看微課，可將要完成的實驗流程有大致了解，在實驗課堂上減少教師的講解時間，學(xué)生也更加容易吸收，達(dá)到更好的實驗效果。

三、DSP教學(xué)改革

為了改善課堂教學(xué)質(zhì)量，提高課堂時間的利用效率，課程組基于微課的相關(guān)教育理論進行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)探索。針對課堂教學(xué)及實驗教學(xué)課程中每章，每個實驗題目的教學(xué)重點和教學(xué)難點分別設(shè)置了5～10分鐘不等的微課教學(xué)視頻。

1.針對課堂教學(xué)的微課視頻設(shè)計

（1）緒論章節(jié)的微課視頻設(shè)計

緒論章節(jié)中，重點介紹了DSP芯片在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的應(yīng)用，因此課堂教學(xué)的重點是要給學(xué)生留下DSP芯片及技術(shù)在各個領(lǐng)域廣泛使用的直觀印象。因為學(xué)生只有建立了學(xué)習(xí)DSP知識對以后的工程實踐有用的信念，認(rèn)為將來學(xué)習(xí)這門知識可以實際使用到未來工作情境及生活中，學(xué)生才會對這門學(xué)科感興趣，主動積極地學(xué)習(xí)。針對這一特點，設(shè)計了一段6分鐘左右的微課視頻，大致介紹了DSP技術(shù)應(yīng)用在信號處理、語音圖像、醫(yī)療設(shè)備、消費電子、家用電器等各方面的實例，并對技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展形勢進行一些講解。在視頻實例中，既有目前最新型號的某品牌手機，也有對當(dāng)前最先進的飛行器和醫(yī)療設(shè)備的介紹。DSP技術(shù)在工作場景中的應(yīng)用實例可以極大地豐富學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

（2）硬件結(jié)構(gòu)章節(jié)的微課視頻設(shè)計

硬件結(jié)構(gòu)這一章是《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的一個基礎(chǔ)章節(jié)，作為一門軟硬件兼顧的學(xué)科，學(xué)生掌握好硬件結(jié)構(gòu)對于后續(xù)的程序設(shè)計將起到很大的幫助作用。然而，部分學(xué)生反映該章節(jié)需要記憶和理解的知識點眾多，比如C54x系列各引腳功能，內(nèi)外線中間結(jié)構(gòu)等，概念抽象，學(xué)習(xí)起來枯燥乏味。因此，針對這一章的重點問題設(shè)計了相應(yīng)的微課視頻，通過動畫的表現(xiàn)形式使對于學(xué)生原本枯燥的知識點變得易于理解和富有趣味性和動態(tài)化。

例如，在學(xué)習(xí)C54x的8組16位總線這一知識點時，并沒有采用傳統(tǒng)的講授方法，而是用動畫模擬了C54x芯片如何完成簡單的“1+2=3”的運算。學(xué)生通過觀看微課視頻，學(xué)習(xí)每條總線在運算中起到的數(shù)據(jù)和地址傳遞作用，將CPU、RAM、程序空間、數(shù)據(jù)空間、程序總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線等概念逐步建立起來。在觀看完微課視頻后，立即組織分組討論，就視頻中出現(xiàn)的相關(guān)知識點進行交流，討論后每個小組派一個代表上臺講述每條總線在運算過程中使用的先后順序，臺下的學(xué)生可以對該講述中出現(xiàn)的問題提出糾正，同時反思自己的學(xué)習(xí)情況。在這個互動過程中，一方面提升了學(xué)生的課堂注意力，另一方面還可以增強小組組員之間的交流及表達(dá)能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生感覺課堂枯燥等問題也迎刃而解。

（3）指令系統(tǒng)章節(jié)的微課視頻設(shè)計

在指令系統(tǒng)章節(jié)中，要學(xué)習(xí)的重難點尋址方式是理解所有指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)。部分學(xué)生反映，C54x的七種尋址方式較為接近，不容易區(qū)分和理解。針對這一問題，制作了相應(yīng)的微課視頻，視頻中給出了立即尋址、絕對尋址、累加器尋址、直接尋址、間接尋址、存儲器映像寄存器尋址和堆棧尋址的動畫講解。在動畫中，在給出了每種尋址方式的常用指令之外，還重點講解了地址和操作數(shù)的區(qū)別，以及地址存儲的不同位置。通過微課視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生們普遍反映對于尋址方式的概念更加清晰，相關(guān)知識點的理解也更加容易，混淆操作數(shù)和地址的情況變少。

（4）FIR濾波器小節(jié)的微課視頻設(shè)計

FIR濾波器設(shè)計是DSP應(yīng)用程序設(shè)計中的一個重點和難點，很多學(xué)生出現(xiàn)混淆區(qū)分線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法的情況。針對這一問題，制作了相應(yīng)的微課視頻，視頻通過動畫動態(tài)地反映出數(shù)據(jù)的填充過程，學(xué)生可以在視頻里清晰地看到緩沖區(qū)頂部和緩沖區(qū)底部以及指針的指向。通過微課視頻對線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法進行動態(tài)化描述，學(xué)生普遍反映取數(shù)和填充的過程十分清晰易懂，線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法差別明顯，易于分辨。

（5）FFT實現(xiàn)小節(jié)的微課視頻設(shè)計

在FFT的DSP實現(xiàn)小節(jié)中，部分學(xué)生反映在數(shù)字信號處理課上學(xué)到的FFT蝶算過程已經(jīng)基本遺忘導(dǎo)致無法很好地理解這一部分，而《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課時有限，并沒有充足的時間再重新講述一遍FFT蝶算過程。針對這一問題，制作了相應(yīng)的微課視頻，利用動畫手段清晰的重現(xiàn)了FFT蝶算過程，學(xué)生可以在課前提前復(fù)習(xí)這一知識點，反復(fù)觀看，在8分鐘左右的時間內(nèi)完成了對這一重要知識點的回顧，為利用匯編語言在DSP芯片上實現(xiàn)FFT算法打下了堅實的理論基礎(chǔ)。通過觀看微課，學(xué)生在新的FFT的DSP實現(xiàn)這一重難點的學(xué)習(xí)中得心應(yīng)手，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

2.針對實驗教學(xué)的微課視頻設(shè)計

（1）DSP的基本四則運算實驗

在DSP的基本四則運算實驗中，許多學(xué)生只滿足于利用匯編語言實現(xiàn)加減乘除的功能，沒有考慮溢出、進借位、除零等特殊情況。針對這一問題，制作了相應(yīng)的微課視頻，詳細(xì)給出了幾種特殊情況可能出現(xiàn)的問題，在進行試驗和編寫代碼前就給出了往屆學(xué)生犯過的典型錯誤。通過觀看微課，學(xué)生們的實驗質(zhì)量明顯提高，所犯的實驗錯誤減少，在運算過程中基本考慮了邊界條件，也加入了相應(yīng)的注釋。

（2）IIR濾波器設(shè)計實驗

在IIR濾波器設(shè)計實驗中，許多學(xué)生對MATLAB軟件進行濾波器設(shè)計的方法不熟悉。針對這一問題，制作了相應(yīng)的微課視頻，給出了如何設(shè)計常用高通、低通、帶通濾波器的方法，并講解了相應(yīng)參數(shù)的意義。在觀看了微課后，學(xué)生普遍學(xué)會使用MATLAB軟件計算濾波器參數(shù)，實驗報告的質(zhì)量也有了顯著提高。

結(jié)語

微課是課堂和實驗教學(xué)過程中一種非常有用的手段。本文通過微課進行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的教學(xué)探索，設(shè)計了課堂教學(xué)及實驗教學(xué)的微課視頻。教學(xué)實踐表明，進行微課學(xué)習(xí)后，學(xué)生對重要知識點的掌握程度明顯提升，取得了較好的教學(xué)效果。

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[作者簡介]

王申（1992-），男，河南商丘人，碩士研究生，現(xiàn)就讀于石河子大學(xué)，研究方向：翻轉(zhuǎn)課堂

通信作者：田敏（1968-），男，河南商丘人，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

[作者單位]

新疆石河子大學(xué)

（編輯：梁素娟）