張世杰，王莉，張曉東

（河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州）

一 引言

“新工科”是高等工程教育為應(yīng)對全球形勢、國內(nèi)工程教育發(fā)展形勢和服務(wù)國家戰(zhàn)略而做出的符合中國特色的高等工程教育改革方案，“新工科”主要包括三個方面：一是指傳統(tǒng)工科的改造升級；二是指面向新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的新的工科專業(yè)；三是指工科與其他學(xué)科交叉融合產(chǎn)生的新的專業(yè)[1]。在“新工科”建設(shè)及發(fā)展過程中的一個重要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生成為高素質(zhì)復(fù)合型創(chuàng)新人才，而人才培養(yǎng)的主要載體則是專業(yè)課程及其課程體系。課程設(shè)置也是專業(yè)人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，關(guān)系到人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)[2]。

“新工科”背景下，為滿足新的人才培養(yǎng)需求，各類課程建設(shè)應(yīng)該與專業(yè)建設(shè)交叉滲透，利用課程群對課程體系進(jìn)行優(yōu)化，既要充分考慮“新工科”專業(yè)的工程教育屬性，還要結(jié)合自身高校的傳統(tǒng)特色與優(yōu)勢。在課程建設(shè)過程中，需要提升學(xué)生對課程的深入理解，充分考慮當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的變化，更要滿足未來行業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)創(chuàng)新型的高素質(zhì)人才[3-4]。

數(shù)字信號處理器（DSP）是為適應(yīng)實(shí)時高速信號處理任務(wù)而設(shè)計開發(fā)的，被廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、航天航空、醫(yī)療以及智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)中占有重要地位[5-6]。目前國內(nèi)自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)大多開設(shè)有跟DSP相關(guān)的課程。該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和實(shí)用性，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以掌握DSP芯片結(jié)構(gòu)、中斷操作、模數(shù)轉(zhuǎn)換、串口通信、PWM控制等內(nèi)容，具備結(jié)合工程案例進(jìn)行基于DSP運(yùn)動控制系統(tǒng)、電力電子控制系統(tǒng)設(shè)計的能力[7-9]。

《DSP原理與應(yīng)用》是河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院自動化專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，自2013年起，我校在《DSP原理與應(yīng)用》課程建設(shè)中持續(xù)投入，不斷完善DSP實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)有C2000和C6000系列DSP實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)、微型計算機(jī)、DSP仿真器等60余套，并先后與美國德州儀器（TI）、許繼集團(tuán)儀表公司合作成立多個校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。授課上使用科學(xué)有效的教學(xué)方法和手段，緊密結(jié)合企業(yè)一線技術(shù)需求，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，深化校企合作，使得學(xué)生經(jīng)過豐富的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)鍛煉，掌握DSP的基本知識和技能，提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力。經(jīng)過多年的建設(shè)與實(shí)踐，學(xué)院先后獲批省級教改項(xiàng)目、教育部協(xié)同育人項(xiàng)目以及校級教改項(xiàng)目多項(xiàng)，與企業(yè)共同編寫實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書2本，取得一定的研究成果。

本文將介紹我校在《DSP原理與應(yīng)用》課程建設(shè)中存在的問題以及采取相應(yīng)的措施，并對學(xué)生在本課程建設(shè)期間工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成效進(jìn)行總結(jié)。

二 問題分析

面向《DSP原理與應(yīng)用》的課程教學(xué)，結(jié)合多年的授課經(jīng)驗(yàn)以及學(xué)生反饋的信息，筆者認(rèn)為在DSP課程建設(shè)中主要存在以下幾方面的問題。

（一） 內(nèi)容多，課時少

按照《DSP原理與應(yīng)用》的課程教學(xué)大綱，需要講授的內(nèi)容包括DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲器、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)和CCS集成開發(fā)環(huán)境等，還要講解DSP的外設(shè)接口模塊，包括通用數(shù)字量輸入/輸出模塊、A/D模塊、事件管理器模塊、串口通信模塊等。此外，還要介紹數(shù)字信號處理的基本理論和算法，如快速傅里葉變換算法等。在實(shí)際開發(fā)應(yīng)用過程中，還要求學(xué)生掌握使用C/C++語言及C和匯編兩種語言的混合編程方式進(jìn)行程序設(shè)計和開發(fā)。該課程是一門實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識面較廣、學(xué)習(xí)難度較大的專業(yè)課程，為了讓學(xué)生能夠?qū)W會使用DSP進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，需要在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)合工程案例進(jìn)行開發(fā)式教學(xué)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，才能讓學(xué)生較好地掌握授課內(nèi)容。

目前我校《DSP原理與應(yīng)用》課程設(shè)置的課時為24個理論課時和12個實(shí)驗(yàn)課時，但本課程理論講授環(huán)節(jié)和實(shí)踐鍛煉環(huán)節(jié)需要的課時量較大，這與課時設(shè)置較少形成了突出矛盾。

（二） 授課內(nèi)容分散

老師上課時將課程授課內(nèi)容分為不同的模塊分別進(jìn)行講解，從整體上看完成了DSP課程授課內(nèi)容的講授，但不同模塊之間的講解是相互獨(dú)立的，模塊與模塊之間的相互關(guān)聯(lián)性講解較少，學(xué)生雖然學(xué)完了整門課程，但是仍然不能較好地使用DSP去設(shè)計開發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)性的知識難以被學(xué)生掌握和領(lǐng)會，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

（三） 實(shí)際工程案例結(jié)合少

實(shí)驗(yàn)室所配置的實(shí)驗(yàn)箱往往由硬件結(jié)構(gòu)固定，所提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般都較為固定，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時大多只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上面的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班完成相應(yīng)的操作，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與課堂上講授的理論內(nèi)容并不能完全結(jié)合起來。同時，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中結(jié)合實(shí)際工程案例的開發(fā)性實(shí)驗(yàn)較少，一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能開出，與“新工科”培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的要求相違背。

三 課程建設(shè)具體措施

針對在《DSP原理與應(yīng)用》課程建設(shè)中存在的不足，并以“新工科”建設(shè)思想為指南，我校在建設(shè)《DSP原理與應(yīng)用》課程過程中，秉承以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)實(shí)踐型、創(chuàng)新型和復(fù)合型工程技術(shù)人才為目標(biāo)的教育理念，從教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核方式等多方面采取了相應(yīng)改進(jìn)措施，逐步建立了能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的體系。

（一） 教學(xué)方法的改進(jìn)

在教學(xué)過程中，要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論和基本能力，了解學(xué)科專業(yè)發(fā)展的趨勢，具有科學(xué)的思維方式和開拓精神?？紤]到本課程自身內(nèi)容多和課時少的現(xiàn)狀，豐富教學(xué)手段，充分利用線上資源開展線上線下混合教學(xué)，老師將授課內(nèi)容制作成短視頻上傳到學(xué)習(xí)通，每次上課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在課外提前預(yù)習(xí)并將學(xué)習(xí)中遇見的問題反饋給老師，課堂上就能夠針對難點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授，既節(jié)省課堂時間，又培養(yǎng)了學(xué)生的主動思考和自學(xué)能力。

此外，針對授課內(nèi)容分散的問題，老師授課時結(jié)合實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)和工程案例進(jìn)行講解，將不同模塊的授課內(nèi)容有機(jī)融合在一塊，建立各個教學(xué)模塊之間的關(guān)聯(lián)性，精心提煉授課內(nèi)容，保證授課內(nèi)容的完整性，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，在有限的課時內(nèi)提高授課效率。

同時，僅靠課堂教學(xué)難以讓學(xué)生很好地掌握DSP的相關(guān)知識，結(jié)合老師自身的科研項(xiàng)目，圍繞課程中某個主題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。具體措施在上第一次課時就將學(xué)生分成學(xué)習(xí)興趣小組，每個小組3～4人，在學(xué)習(xí)過程中每個小組確定自己的研究主題、查閱相關(guān)資料、完成方案設(shè)計，小組成員分工合作完成報告并在課程結(jié)束時提交研究報告，教師將該項(xiàng)工作作為課程考核的一部分。

（二） 課程內(nèi)容的優(yōu)化

在專業(yè)課程設(shè)置中，除《DSP原理與應(yīng)用》課程之外，還有《信號與系統(tǒng)》《數(shù)字信號處理》《數(shù)字圖像處理》三門相關(guān)課程，相互之間聯(lián)系較為緊密。在以往的課程建設(shè)中，僅考慮了單一一門課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容上四門課程之間有相互重復(fù)的現(xiàn)象，造成教學(xué)資源的重復(fù)建設(shè)和浪費(fèi)。因此，在《DSP原理與應(yīng)用》課程建設(shè)過程中，針對人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，注重相關(guān)課程之間的協(xié)調(diào)性，組建數(shù)字信號處理課程組，考慮到不同課程在學(xué)生能力培養(yǎng)過程中所發(fā)揮的作用，整合優(yōu)化不同課程的資源和內(nèi)容，減少不必要的重復(fù)內(nèi)容，構(gòu)建一個協(xié)同互補(bǔ)的數(shù)字信號處理課程體系，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)的能力。

（三） 實(shí)踐環(huán)節(jié)的改進(jìn)

在實(shí)踐環(huán)節(jié)中包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)訓(xùn)兩部分。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)三個層次建立遞進(jìn)式的教學(xué)計劃。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以CCS和Matlab、LabVIEW作為編譯和仿真工具，以C2000和C6000系列DSP實(shí)驗(yàn)箱作為開發(fā)平臺，注重不同模塊知識點(diǎn)之間的融合，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如圖1所示。

圖1 遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)體系

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，主要對課程講授的某一個知識模塊理論內(nèi)容加以驗(yàn)證；綜合實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生利用DSP硬件平臺，并借助其他仿真工具，如Matlab或者LabVIEW，對整個課程中多個模塊的知識點(diǎn)加以融會貫通和應(yīng)用；拓展實(shí)驗(yàn)則是根據(jù)老師自身科研項(xiàng)目或者實(shí)際工程技術(shù)需求，由老師指導(dǎo)學(xué)生開展進(jìn)一步的設(shè)計與開發(fā)，里面涉及到除了DSP課程之外的其他知識，可拓寬學(xué)生的知識體系，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新開發(fā)能力。同時鼓勵學(xué)生積極參與教師的科研項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽。

除此之外，在課外實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，學(xué)院直接引入企業(yè)資源，深化校企合作，目前已經(jīng)和貝加萊、信盈達(dá)、新開普等企業(yè)建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。從2013年開始，學(xué)院在每個實(shí)驗(yàn)室組建學(xué)習(xí)興趣小組，小組成員大概30人左右，小組實(shí)行校企老師聯(lián)合指導(dǎo)、學(xué)長引領(lǐng)方式，以老帶新。興趣小組課題設(shè)置來自于企業(yè)一線技術(shù)需求，小組評價以學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、小組參與度為主，并在每學(xué)年加入淘汰機(jī)制，形成良性循環(huán)。除此之外，邀請企業(yè)有豐富開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師共同編寫課外實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書、面向?qū)W生開展講座、指導(dǎo)畢業(yè)實(shí)習(xí)、擔(dān)任畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師。直接向?qū)W生講授DSP應(yīng)用過程中的先進(jìn)理念和技術(shù)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的方法。

目前，學(xué)院的DSP實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)電氣學(xué)院自動化、電氣工程及其自動化、測控等專業(yè)的DSP技術(shù)與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)室由老師專人負(fù)責(zé)，在空閑狀態(tài)下面向?qū)W生全天候開放，實(shí)行預(yù)約制度，為學(xué)有余力、對DSP感興趣的同學(xué)積極提供條件，為學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計、學(xué)科競賽、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)提供便利。目前實(shí)驗(yàn)室管理方式一方面可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)課時較少的不足，另一方面打破課堂教學(xué)限制，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行課下學(xué)習(xí)和延伸學(xué)習(xí)，為學(xué)有余力的學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的平臺。

（四） 考核方式的改進(jìn)

改進(jìn)以往《DSP原理與應(yīng)用》課程采取的“平時成績（20%）+實(shí)驗(yàn)成績（30%）+課程報告（50%）”的考核打分方式。將平時成績評定方式擴(kuò)展為“到課率+課堂表現(xiàn)+課前預(yù)習(xí)+課堂作業(yè)”等多種手段進(jìn)行綜合評定，同時學(xué)生在課下通過線上或者線下和老師進(jìn)行的討論互動都作為平時成績的給分依據(jù)；將實(shí)驗(yàn)成績的評定方式更貼近工程實(shí)際，改變以往以“實(shí)驗(yàn)操作+實(shí)驗(yàn)報告”為主的評定方式，在注重實(shí)驗(yàn)過程的同時，重點(diǎn)檢查實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是否調(diào)試完成，是否滿足實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果；課程報告則是以小組形式分組完成，每一個課題小組在提交課程報告時要做PPT進(jìn)行匯報，詳細(xì)介紹報告內(nèi)容和組內(nèi)成員的分工情況，重點(diǎn)考核學(xué)生綜合能力，課程報告成績最終由學(xué)生互評和課程組老師共同決定。

四 結(jié)語

為獲取學(xué)生對《DSP原理與應(yīng)用》課程的反饋，針對2017級自動化專業(yè)學(xué)生發(fā)放了調(diào)查問卷，調(diào)查問卷發(fā)出了150 份，收回138 份，85.4%的學(xué)生認(rèn)為通過本課程的學(xué)習(xí)自己能夠較好地掌握DSP技術(shù)。通過近幾年的建設(shè)與實(shí)施，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度明顯有所提升，學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高，獲取多項(xiàng)國家級和省級學(xué)科競賽獎項(xiàng)。后續(xù)將進(jìn)一步與相關(guān)企業(yè)開展協(xié)同育人深度合作，構(gòu)建DSP課程的線上線下教學(xué)資源體系，更好地培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和實(shí)踐創(chuàng)新能力。