獨立學院DSP課程的教學探索及實踐

馬逸新 謝 云

南京理工大學紫金學院 江蘇南京 210046

獨立學院DSP課程的教學探索及實踐

馬逸新 謝 云

南京理工大學紫金學院 江蘇南京 210046

DSP課程是電子專業(yè)和自動化專業(yè)必修的一門技術性和實踐性都很強的課程。與傳統(tǒng)高校相比，獨立學院的教育更注重應用型人才的培養(yǎng)，因此必須對獨立學院的DSP課程教學進行改革。本文根據(jù)實際教學過程中的一些實踐和體會，針對教學內容、教學方法、考核方式等方面提出一些建議。

獨立學院；DSP課程；教學方法

DSP是數(shù)字信號處理器的簡稱，也指利用DSP芯片完成數(shù)字信號處理的方法與技術。從20世紀80年代初DSP芯片誕生以來DSP芯片的開發(fā)應用已經成為通信、電子等領域科技人員必須掌握的一門重要的實用技術[1]。近三十年，DSP技術與芯片不斷發(fā)展，所以DSP課程也應根據(jù)實際情況進行教學探討和改革。本文根據(jù)實際教學過程中的實踐和經驗，針對教學內容和教學方法等方面進行了初步探討。

1 DSP課程內容與地位

DSP課程既屬于與信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理一脈相承的同一課程體系，也是繼單片機原理及應用課程之后的一門實踐類專業(yè)課。本課程主要講解DSP的基本原理、系統(tǒng)設計、軟硬件開發(fā)方法等內容，旨在通過課程的學習使學生掌握DSP技術及其開發(fā)應用。所以，學習該課程不僅能拓寬學生的知識面，還能提高學生的實踐技能。目前，DSP的應用涵蓋了信號處理、通信設備、語音處理、圖形圖像、自動控制等諸多領域[2]，產業(yè)界對DSP工程師的需求也在逐年增長，所以很多高校都開設了有關DSP的課程。但是獨立學院學生入學成績相對較低，與一、二本高校學生相比基礎較差，所以教學方法應與普通高校有所區(qū)別。而且，獨立學院以“應用型”人才為培養(yǎng)目標，更需根據(jù)實際情況進行教學探索和改革。

2 DSP課程的教學探索及實踐

2.1 選擇合適的教材及教學內容

2.1.1 選擇合適的教材

教材的好壞直接影響到教學質量，但是，目前由于各個學校學習DSP課程的專業(yè)不同，定位不同，教學內容也各不相同，教材也就多種多樣，所以需要教師認真選取合適的教材。紫金學院開設DSP課程的專業(yè)有通信工程、電子信息工程及自動化專業(yè)，為了兼顧各專業(yè)不同的培養(yǎng)要求，同時也為了學生能夠對DSP系統(tǒng)進行整體了解，我們選擇了王忠勇編寫的普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材《TMS320F2812 DSP原理與應用技術》。首先，這本教材能夠反映DSP有關技術和產品的最新進展，讓學生拓展知識面；其次，研究對象選取的是TI公司的TMS320F2812這款主流DSP產品，它既具有數(shù)字信號處理能力,又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能[3]，不僅可以滿足電信和通信專業(yè)在信號處理應用方面的教學要求，也滿足自動化專業(yè)在自動控制應用方面的教學要求，同時，由于這款芯片的主流性，也可以使學生在今后的DSP設計工作中迅速進入開發(fā)狀態(tài)；最后，這本教材的組織結構恰當，先總體，再硬件結構，再軟件開發(fā)，最后系統(tǒng)總體設計，比較符合人的思維發(fā)展，而且文字表述清晰，語句淺顯易懂，比較適合獨立學院的學生學習。當然，教師在教學中也不會拘泥于這一本教材，而是鼓勵大家去圖書館找其他書籍甚至網絡資料作為參考，但必須以教材為主。這樣有主有輔，更適合學生全方面學習DSP知識。

2.1.2 優(yōu)化教學內容

DSP課程內容既有芯片內部結構又有系統(tǒng)軟硬件設計，內容多，但理論授課一般只安排32學時，因此課程學時非常緊張，這就需要教師取舍適當，合理安排教學內容。比如，DSP的匯編指令種類多，功能復雜，要想用匯編語言編寫完整的DSP應用程序會比較困難，這部分講多了，學生聽不懂，會產生畏難情緒，打擊學生的學習信心，所以教師在教學內容上弱化了匯編的內容，只要求理解匯編的尋址方式，不要求用匯編語言編程，而是讓學生在軟件編程時采用學過的C語言，這樣學生可以輕松些面對程序編寫工作。

另外，在講解DSP片內外設內容時，并不需要講解F2812的所有片內外設，只需選取一些與各自專業(yè)相關的內容進行講解，這樣既有針對性，又可以節(jié)省學時。在實際教學過程中，考慮到紫金學院通信工程和電子信息工程專業(yè)前三年課程基本一致，又同屬電子信息類專業(yè)，我們給這兩個專業(yè)安排了一樣的授課內容，選取了與其專業(yè)相關的片內外設內容：GPIO、定時器、SCI、SPI和AD；而自動化專業(yè)與前兩個專業(yè)性質不同，需要我們在授課中偏向控制內容，所以自動化專業(yè)的片內外設內容與電子信息類專業(yè)不一樣：GPIO、定時器、AD和事件管理器。

2.2 改進教學方法和手段 提高教學質量

2.2.1 采用多種教學手段進行教學

DSP理論課程中有些內容比較抽象，教師講解和學生學習這部分內容都比較困難，這時可以利用多媒體的圖文聲像并茂的優(yōu)勢使抽象的內容形象化，這樣學生容易理解接受教師所講內容。此外注重黑板板書、實物和模型教具等多種手段的配合。

在實際教學中，將黑板板書和電子課件配合使用，概念和解釋用電子課件，具體例子講解還是以黑板板書為主，這樣可以有較充裕時間給學生思考理解。比如，講解DSP芯片引腳及功能時，具體引腳功能說明可以見PPT或黑板說明，同時將DSP芯片或者DSP實驗箱實物帶到課堂給學生觀察，可以加深他們的理解。再比如，講解數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)塊處理方式的不同時，由于獨立學院學生的基礎不如傳統(tǒng)高校的學生扎實，無論用文字和語言怎么解釋，學生都不容易理解這部分內容，在實際上課時，我們利用PPT的動畫功能演示了數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)塊處理的過程，這樣學生很快理解了兩種方式的不同及其優(yōu)缺點。

2.2.2 合理安排實驗

DSP是一門實踐性的課程，主要培養(yǎng)學生的DSP應用能力，所以實驗也是教學研究的重點，它的內容安排就顯得很重要。根據(jù)三個專業(yè)不同的理論課內容，為其安排了相應的實驗內容，表1即為實驗內容安排。

表1 實驗內容安排

CCS軟件操作是讓學生熟悉DSP的軟件開發(fā)環(huán)境，是必不可少的；定時器和GPIO、AD數(shù)據(jù)采集在3個專業(yè)學習中都可以用到，所以這3個實驗是紫金學院以上3個專業(yè)都需要完成的。自動化專業(yè)沒有學過FIR濾波，電信和通信專業(yè)也不學電機，所以FIR和直流電機控制這兩個實驗各自專業(yè)選做。而FFT變換在信號處理中非常重要，在某些控制系統(tǒng)分析中也需要用到，所以這個實驗各個專業(yè)也都需要完成。

我們認為實驗教學就相當于一種范例教學，而范例教學主張按照基本性、基礎性、范例性三個原則組織教學重點[4]。所以，在進行實驗教學時，教師每個實驗都遵循了由淺入深的規(guī)則。例如，定時器和GPIO口實驗，我們先提出最基本的要求—控制兩個GPIO口連接的發(fā)光二極管交替1秒亮滅；學生完成基本要求后，再提出改變交替時間，或改變亮燈方式；學生完成這些后，可以引導學生思考如何用DSP實現(xiàn)交通燈控制，但最后這步只是引申問題，并不要求學生一定完成。

2.2.3 利用MATLAB軟件進行教學

MATLAB是一種高效的仿真工具，它可以和一定的應用領域結合起來。DSP的教學過程中我們就可以使用MATLAB軟件。通常，我們使用MATLAB軟件來幫助教學有兩個原因。其一，利用MATLAB得到一些有用的參數(shù)或數(shù)據(jù)，比如在FIR濾波中，在DSP端我們只需要關注如何根據(jù)濾波器抽頭系數(shù)實現(xiàn)FIR濾波的過程，至于FIR濾波器的抽頭系數(shù)怎樣由濾波參數(shù)得到，完全可以交給MATLAB來設計，這樣可以節(jié)省DSP設計的成本和時間。其二，利用MATLAB來得到一些算法，比如在電機控制中，一些控制算法原理上并不復雜，但是用C語言編程比較煩瑣，需要一定的編程能力，且程序長難以理解，不易排錯和移植，學生很容易糾纏于細節(jié)而不能從整體上把握算法[5]。而如果使用了MATLAB與DSP的CCS軟件環(huán)境相聯(lián)調，就可以把學生從C語言編程技巧中脫離出來，而把更多的精力放在算法的設計上，更好地理解所學內容。

2.2.4 與單片機對比教學

DSP是繼單片機課程之后的一門實踐類專業(yè)課，兩門課有些類似。在實際教學中我們發(fā)現(xiàn)，大部分學生認為單片機結構比較簡單，比較容易理解，但是DSP就比較復雜不好掌握。其實，這兩門課程內容確實有些相像，如果我們把它們進行一下對比，就可以由單片機的結構推及DSP的結構，學起來會比較輕松容易。表2為89C51單片機和F2812 DSP的組成結構對比。

表2 89C51單片機和F2812 DSP的組成結構對比

表2 中只是列出了部分組成對比，比如單片機和DSP的時鐘電路結構完全一致，只是參數(shù)不一樣；單片機的定時器還可以工作在計數(shù)器模式下，DSP的不可以；另外，DSP中還有很多單片機沒有的片內外設，這些需要加以關注。

2.2.5 調動學生學習興趣

DSP課程由于學時緊，內容復雜，學生可能會缺乏學習動力。而學生的學習興趣等內部動機因素會促使學生積極主動地學習[6]。所以，如何在課程學習中調動學生的學習興趣是提高教學質量的關鍵。在實踐中，為達到這個目的，一是開放DSP實驗室，鼓勵學生在課余時間進行DSP實驗，至于實驗內容，可以是課上講過的，也可以是學生自己找的題目，這樣通過反復實踐，提高學生的興趣；二是布置一些開放性作業(yè)，譬如，要求學生自己找資料，總結DSP特點、發(fā)展歷程及應用，或是根據(jù)自己所學展望DSP發(fā)展方向和前景，這樣在學生完成作業(yè)后必然感受到DSP強大的功能和應用前景，從而激發(fā)他們學習的熱情。

2.3 改進考核方式

實踐類課程的考核不能簡單地用一場期末考試來決定，而要兼顧其動手實踐中的表現(xiàn)。實際教學中，我們規(guī)定期末考只占DSP最終成績的60%，實驗成績占30%，剩下的10%由平時作業(yè)決定。這樣，高分學生中就不會出現(xiàn)理論好而實踐差的情況，反之亦然。為了避免單純地考查學生的記憶能力，在期末考的形式上，我們也進行了改革，首先，采用半開卷考試(考試中只允許翻看教材)代替閉卷考試；其次，加大編程題的比重。通過這些措施，只有真正學懂了課程的學生才能拿到高分，從而避免靠死記硬背而出現(xiàn)的高分低能現(xiàn)象。

3 結束語

通過近兩年的教學實踐得出的這些教學思路和教學經驗對今后的教學有指導性的幫助。但同時，這個實踐過程中可能還存在一些問題，需要教師通過不斷地豐富教學方法，加強實踐環(huán)節(jié)來解決。

[1]俞一彪,孫兵,曹洪龍,邵雷.電子信息類本科DSP教學實踐與探索[J].理工高教研究,2006,25(4):111-112.

[2]王忠勇,陳恩慶. TMS320F2812 DSP原理與應用技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[3]蘭吉昌.TMS320F2812 DSP應用實例精講[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010.

[4]電工電子課程報告組委會編.電工電子課程報告論壇論文集2006[C].北京:高等教育出版社,2007.

[5]康偉,王艷松.電氣專業(yè)DSP教學內容與形式改革探析[J].中國電力教育,2013,(2):65-66.

[6]譚頂良.高等教育心理學[M].南京:河海大學出版社,2006.

Teaching Exploration and Practice of DSP Course in Independent College

Ma Yixin, Xie Yun
Zijin College, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, 210046, China

DSP is a technical and practical course in electronic engineering and automation. Independent college cares more about the cultivation of the applied talents compared with traditional university. So, we must reform DSP teaching methods of independent college. According to some practice and experience in practical teaching, this paper proposes some suggestions about content of course, teaching method and assessment approach.

independent college; DSP course; teaching method

2016-10-31

馬逸新，碩士，講師。

南京理工大學紫金學院2014年教育教學改革課題一般項目“《DSP應用技術》的分專業(yè)教學探索及實踐”(編號：20140102008)。