民族院校DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革淺析*

◆潘俊濤 劉芳 牛勇 周春艷

作者：潘俊濤，北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院講師，博士研究生，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制、DSP 技術(shù)；劉芳、牛勇、周春艷，北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院（750021）。

1 前言

DSP（Digital Signal Processor）[1]，即數(shù)字信號(hào)處理器，指針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)而設(shè)計(jì)的一種可編程的高速、高性能處理器，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[2]。近年來，全球信息技術(shù)日新月異，DSP 技術(shù)作為信息技術(shù)的重要內(nèi)容之一，其迅猛的發(fā)展勢(shì)頭極大地推進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步。過去的20年里，DSP 芯片的應(yīng)用已經(jīng)從軍事、航空航天等領(lǐng)域擴(kuò)大到信號(hào)處理、通信、電子消費(fèi)等諸多領(lǐng)域，如信號(hào)處理、儀器儀表、自動(dòng)控制、家用電器、醫(yī)療、全球定位GPS、自助銀行、圖形/圖像等。可以說，從軍用到民用，從航空航天到居民生產(chǎn)生活，DSP芯片幾乎應(yīng)用到人們生活的每一個(gè)角落[3]。

在全社會(huì)對(duì)DSP相關(guān)技術(shù)人才需求日益增長(zhǎng)的形勢(shì)下，全國(guó)各高校在相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案里相繼開設(shè)DSP 原理及應(yīng)用這門課程，且根據(jù)自身的辦學(xué)定位制定了相應(yīng)的教學(xué)大綱。由于DSP 芯片眾多，不同系列DSP 產(chǎn)品具有不同的特色及應(yīng)用領(lǐng)域，因此，各專業(yè)根據(jù)其自身的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在DSP 原理及應(yīng)用課程中須選擇不同的DSP 芯片進(jìn)行講解。

在眾多DSP 芯片產(chǎn)品中，美國(guó)TI 公司開發(fā)生產(chǎn)的一系列DSP 芯片無疑是當(dāng)今世界上最有影響的DSP 處理器。TI公司生產(chǎn)的TMS320 系列DSP 芯片憑借其強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)運(yùn)算能力，使得諸多復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。目前，該公司在DSP 芯片市場(chǎng)份額已占全世界份額近50%[3]。有鑒于此，國(guó)內(nèi)各高等院校和高新技術(shù)企業(yè)都將TI公司TMS320 系列DSP 產(chǎn)品作為其科研、應(yīng)用開發(fā)的首要選擇。考慮到北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)以“控制”為主要核心的人才培養(yǎng)理想，該專業(yè)的DSP 原理及應(yīng)用課程選用TI公司中控制性能最為突出的TMS320LF240x 系列DSP 芯片為代表，對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解。

目前，北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案對(duì)DSP 原理及應(yīng)用課程分配的課時(shí)數(shù)為50，其中理論課時(shí)數(shù)為42，實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為8。鑒于該課程具有涉及知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，如何在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)，并培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的合格DSP 技術(shù)人才，是擺在任課教師面前亟待解決的重要難題之一。因此，針對(duì)DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程評(píng)價(jià)體系的改革探索研究具有重要意義。

本文以北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的DSP 原理及應(yīng)用課程為背景，結(jié)合民族院校的辦學(xué)特色，圍繞課程教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)，針對(duì)課程教學(xué)過程中存在的若干問題，提出一種以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法[4]為核心思想的DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革方法，以進(jìn)一步改善現(xiàn)有DSP 原理及應(yīng)用課程的教學(xué)效果。

2 課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀分析

課程特點(diǎn) DSP 原理及應(yīng)用是北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案中開設(shè)的一門重要的專業(yè)課。鑒于民族院校服務(wù)少數(shù)民族地區(qū)，培養(yǎng)少數(shù)民族優(yōu)秀人才的辦學(xué)定位，學(xué)校將該課程的教學(xué)目標(biāo)定為了解DSP 基本原理，掌握其內(nèi)部硬件資源構(gòu)成及相應(yīng)的指令系統(tǒng)，使學(xué)生具有一定運(yùn)用C 語言和匯編語言解決基本實(shí)驗(yàn)問題的實(shí)踐動(dòng)手能力，為今后從事DSP 技術(shù)相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)。相比其他專業(yè)課程，該課程具有如下特點(diǎn)。

1）教學(xué)內(nèi)容涉及知識(shí)面廣。DSP 原理及應(yīng)用是一門綜合性非常強(qiáng)的課程[3]。其先修課程包括微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、C 語言程序設(shè)計(jì)。這就要求學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)過程中必須具備數(shù)電、模電、微機(jī)原理、單片機(jī)技術(shù)、C 語言、匯編語言、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等方面的基本知識(shí)，同時(shí)兼顧系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的基本能力。

2）教學(xué)內(nèi)容更新速度快。全球信息技術(shù)日新月異，作為信息技術(shù)的重要內(nèi)容之一，DSP 技術(shù)的發(fā)展速度也越來越快。特別是近年來大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了DSP 芯片更新?lián)Q代的速度。相應(yīng)的，其運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、片內(nèi)外設(shè)種類、生產(chǎn)成本等方面都得到極大的提高。為在新形勢(shì)下更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)DSP 技術(shù)人才的需求，授課內(nèi)容需要隨時(shí)更新。

3）課程實(shí)踐性強(qiáng)。DSP 原理及應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用書本知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí)踐動(dòng)手能力，能讓學(xué)生運(yùn)用C 語言、匯編語言、CCS 等開發(fā)工具設(shè)計(jì)開發(fā)一套簡(jiǎn)單的DSP 系統(tǒng)，以完成預(yù)期的系統(tǒng)任務(wù)。因此，實(shí)踐教學(xué)是整個(gè)DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要內(nèi)容，不可或缺。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇須緊密圍繞課程的核心知識(shí)點(diǎn)，既要簡(jiǎn)單易用，又要在工程實(shí)踐中具有一定的代表性。

課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱。作為一所民族院校，北方民族大學(xué)的學(xué)生有相當(dāng)一部分比例來源于邊疆少數(shù)民族地區(qū)和邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)，學(xué)生基礎(chǔ)較弱。因此，在學(xué)習(xí)DSP 原理及應(yīng)用這門課程的時(shí)候，學(xué)生很難對(duì)該課程涉及的寬泛基礎(chǔ)知識(shí)（如電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、C 語言/匯編語言程序設(shè)計(jì)等）做到基本的掌握，從而一定程度上增加了學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的難度，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)興趣降低。

2）重理論輕實(shí)踐，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。作為一所應(yīng)用型本科院校，教學(xué)的指導(dǎo)思想是讓學(xué)生在學(xué)完課程之后能夠很快地將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。目前，北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的DSP 原理及應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)僅為8 學(xué)時(shí)，作為實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，缺乏足夠的實(shí)踐確實(shí)很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。此外，實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容也僅僅停留在對(duì)理論知識(shí)的簡(jiǎn)單驗(yàn)證，這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往不能取得良好的效果，也一定程度上影響了對(duì)整體課程理論知識(shí)的把握，無法充分利用有限的實(shí)踐機(jī)會(huì)加深理解專業(yè)理論，從而使得理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。

3）課程評(píng)價(jià)體系不合理。DSP 原理及應(yīng)用課程是一門兼顧理論與實(shí)踐的課程，不僅要求學(xué)生在這門課程的學(xué)習(xí)后能夠掌握DSP 基本原理、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)要求其具備一定的DSP 系統(tǒng)開發(fā)、編程、調(diào)試、設(shè)計(jì)等實(shí)踐動(dòng)手能力。因此，如何制定積極、有效、合理的課程評(píng)價(jià)體系，也是擺在專任教師面前亟待解決的主要問題之一。目前，學(xué)校對(duì)該門課程的考核方式為作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告加平時(shí)成績(jī)，沒有體現(xiàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力的考核，使得學(xué)生在課程結(jié)束后，其所掌握的理論知識(shí)與其實(shí)踐動(dòng)手能力脫離較為嚴(yán)重，存在“高分低能”現(xiàn)象。

綜上所述，為了進(jìn)一步改善DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)效果，培養(yǎng)高質(zhì)量的DSP 技術(shù)人才，針對(duì)DSP 原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程評(píng)價(jià)體系的改革探索勢(shì)在必行。

3 課程教學(xué)改革

鑒于DSP 原理及應(yīng)用課程特點(diǎn)及其教學(xué)現(xiàn)狀，該門課程的教學(xué)不僅要夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，而且要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。為此，本文將從以下幾點(diǎn)對(duì)該門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行改革探索。

構(gòu)建以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法為核心的課程教學(xué)方法 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法指在教學(xué)過程中將教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)合理融入某些特定的“任務(wù)”中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過逐步完成“任務(wù)”，達(dá)到學(xué)習(xí)掌握課程知識(shí)點(diǎn)的目的[4]。北方民族大學(xué)DSP 原理及應(yīng)用課程目前采用“教師講，學(xué)生聽”的傳統(tǒng)教學(xué)方法。在這種灌輸式教學(xué)方法下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性、創(chuàng)造性、積極性受到極大的限制，從而很大程度上影響了對(duì)實(shí)踐創(chuàng)新能力、分析問題解決問題能力的培養(yǎng)。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法為核心的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式以“教師為主，學(xué)生為輔”的被動(dòng)教學(xué)模式，更加強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)過程中的學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，是一種主動(dòng)的教學(xué)模式。在該模式下，學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)課本核心知識(shí)內(nèi)容，不僅提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，而且培養(yǎng)了學(xué)生思考問題、分析問題、解決問題的能力；教師則以引導(dǎo)者的身份，對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的指導(dǎo)。因此，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法為核心的教學(xué)模式更加符合DSP 原理及應(yīng)用課程的教學(xué)要求。

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，制定合適任務(wù) DSP 原理及應(yīng)用課程涉及的知識(shí)面非常寬泛，在課程學(xué)時(shí)有限的情況下，不可能對(duì)其課程內(nèi)容面面俱到。因此，課程教學(xué)內(nèi)容需要根據(jù)現(xiàn)今社會(huì)對(duì)DSP 人才的要求做進(jìn)一步優(yōu)化，突出課程內(nèi)容的核心知識(shí)點(diǎn)，從而把更多的精力放在學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)上。隨后，圍繞核心知識(shí)點(diǎn)設(shè)置任務(wù)，并將此任務(wù)貫穿于整個(gè)課程的教學(xué)過程?？紤]到北方民族大學(xué)民族院校的辦學(xué)定位，學(xué)生基礎(chǔ)普遍薄弱，任務(wù)的制定要實(shí)際可行且便于實(shí)現(xiàn)，能讓學(xué)生調(diào)動(dòng)原有的知識(shí)背景來建構(gòu)新的知識(shí)體系，即任務(wù)的設(shè)置要有利于學(xué)生解決問題能力、自主學(xué)習(xí)能力和探索精神的培養(yǎng)。

開發(fā)式實(shí)驗(yàn)教學(xué) 北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的DSP 原理及應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)僅為8 學(xué)時(shí)。鑒于民族院校學(xué)生編程能力普遍薄弱的情況，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容首先安排基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握CCS 的使用和外設(shè)的操作，隨后安排若干驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生熟悉C 語言和匯編語言的混合編程，并完成一些簡(jiǎn)單的控制任務(wù)。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，學(xué)生僅能讀懂實(shí)驗(yàn)相關(guān)源程序，了解實(shí)驗(yàn)原理，但對(duì)真正的DSP 系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)過程知之甚少，無法獨(dú)立設(shè)計(jì)完成一套簡(jiǎn)單DSP 系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)，從而無法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)DSP 技術(shù)人才的要求。因此，有必要針對(duì)DSP 原理及應(yīng)用課程建立開發(fā)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

目前，學(xué)校與北京精儀達(dá)盛科技有限公司合作，圍繞EXPIII+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為學(xué)生提供功能齊全的DSP 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，不僅可以完成基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而且可以進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)，開發(fā)簡(jiǎn)單的DSP 應(yīng)用控制系統(tǒng)。除規(guī)定必須完成的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生可利用課余時(shí)間，根據(jù)自身情況靈活選擇設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步提升自己在DSP 系統(tǒng)開發(fā)方面的實(shí)踐動(dòng)手能力。

適當(dāng)開展雙語教學(xué) 鑒于DSP 原理及應(yīng)用課程特點(diǎn)，可適當(dāng)在其教學(xué)過程中開展一定程度的雙語教學(xué)。

1）相比國(guó)外，我國(guó)在DSP 技術(shù)領(lǐng)域仍處于落后階段。授課過程中所講解的DSP 芯片屬國(guó)外產(chǎn)品，其配套說明文檔也以英文描述。雖然有相當(dāng)一部分文獻(xiàn)資料及中文圖書對(duì)各DSP 芯片進(jìn)行了詳細(xì)的講解，但大多是對(duì)原有英文說明文檔的翻譯，其中不免出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中走了很多彎路。因此，采用英文原版說明手冊(cè)為主、中文資料為輔的教學(xué)模式是該課程學(xué)習(xí)的最佳選擇。適當(dāng)開展雙語教學(xué)有利于這種教學(xué)模式的順利推進(jìn)。

2）課程教學(xué)內(nèi)容中頻繁出現(xiàn)的寄存器名稱、引腳名稱均以英文符號(hào)表示，這些符號(hào)含義均與其英文名稱相對(duì)應(yīng)。因此，適當(dāng)開展雙語教學(xué)便于學(xué)生記憶這些符號(hào)名稱的含義，使得學(xué)生對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。

3）利用C 語言和匯編語言混合編程進(jìn)行DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的軟件開發(fā)是DSP 原理及應(yīng)用課程主要教學(xué)內(nèi)容之一。眾所周知，編程語言本身貼近英文，因此適當(dāng)開展雙語教學(xué)，有利于提升學(xué)生的編程能力。

4 結(jié)論

隨著DSP 技術(shù)廣泛應(yīng)用于居民生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，DSP 原理及應(yīng)用這門課程也受到信息技術(shù)類專業(yè)學(xué)生的青睞。本文結(jié)合民族院校特色，針對(duì)北方民族大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)DSP 原理及應(yīng)用課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行改革探索。兩屆學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)表明，本文所提課程教學(xué)改革辦法，有效提升了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，課程教學(xué)效果得到較為明顯的改善。

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