基于雙平臺(tái)的“系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革

洪波 王秀敏 單良 徐明彪 董艷燕

摘 要：文章首先對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析，結(jié)合目前DSP應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了一種“EDA技術(shù)+DSP技術(shù)”雙平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降慕虒W(xué)改革，設(shè)計(jì)了多個(gè)課程設(shè)計(jì)題目。新的教學(xué)模式不僅能增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性。

關(guān)鍵詞：雙平臺(tái)；教學(xué)改革；DSP技術(shù)；EDA技術(shù)；

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）12-0106-03

Abstract： This paper firstly analyzes existing problems in the teaching process of system design and simulation course design， then puts forward an experiment teaching reform mode based on double-platform of DSP technology and EDA technology combined with present teaching situation of DSP course， and finally designs several course subjects. New teaching modes can develop student's practical abilities， cultivate their independent abilities and stimulate their learn interest and creativeness.

Keywords： double platform； teaching reform； DSP technology； EDA technology

引言

課程設(shè)計(jì)[1]是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，因?yàn)樗菍W(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的紐帶，致力于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題及解決問題的能力，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，也為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研工作奠定一定基礎(chǔ)。我校開設(shè)的《系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)》是一門面向電子信息工程、通信工程專業(yè)的專業(yè)實(shí)踐課程，屬于研究設(shè)計(jì)類課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)仿真工具和各種電子技術(shù)的綜合運(yùn)用能力。

目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)EDA技術(shù)[2-5]和Quartus仿真工具的綜合運(yùn)用能力，教學(xué)模式主要是采用項(xiàng)目式教學(xué)的模式。每位學(xué)生在臺(tái)式機(jī)安裝好編程軟件，即可進(jìn)行程序的編寫，通過驅(qū)動(dòng)程序和下載工具可以將編寫好的程序下載到EDA開發(fā)板驗(yàn)證與測(cè)試。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為信息時(shí)代的主力軍，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）是嵌入式系統(tǒng)的重要分支之一，被廣泛應(yīng)用到電訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電視技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。因此，DSP技術(shù)[5-8]與應(yīng)用已經(jīng)成為電子信息類高校學(xué)生必須掌握的一門重要技術(shù)。

一、《DSP應(yīng)用技術(shù)》及《系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)》教學(xué)現(xiàn)狀

我校面向電子信息工程、通信工程專業(yè)學(xué)生，開設(shè)了32學(xué)時(shí)的《DSP應(yīng)用技術(shù)》課程。《DSP應(yīng)用技術(shù)》是一門技術(shù)性和工程性都很強(qiáng)的課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握DSP技術(shù)及其開發(fā)應(yīng)用，對(duì)提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐有著重要的意義。然而由于學(xué)時(shí)有限，外加DSP芯片各種外設(shè)資源寄存器繁多，操作復(fù)雜，因此教師只能簡(jiǎn)單講解外設(shè)硬件結(jié)構(gòu)原理和外設(shè)資源接口編程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中是處于被動(dòng)狀態(tài)的，因此常常有學(xué)生反映學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥難懂。該課程僅有8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包含一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和兩個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)踐過程中更多的是觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并未真正理解和運(yùn)用知識(shí)，也不能培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，不能滿足企業(yè)單位信息化建設(shè)的用人需求。

目前我校開設(shè)的《系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)》在開展過程中存在一些弊端，主要有下面幾個(gè)問題。1、課程設(shè)計(jì)題目少。開設(shè)的課程設(shè)計(jì)題目?jī)H有4～5個(gè)題目。這導(dǎo)致多組學(xué)生同時(shí)做一個(gè)題目，常常造成抄襲現(xiàn)象，無法達(dá)到課程設(shè)計(jì)的真正題目。由于受到資金的限制，開發(fā)板套數(shù)受限，部分學(xué)生僅僅用開發(fā)板進(jìn)行下載驗(yàn)證與測(cè)試，并未考慮開發(fā)板硬件電路，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。2、課程設(shè)計(jì)題目?jī)?nèi)容單一，與其他專業(yè)課關(guān)聯(lián)少，缺乏綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。大多數(shù)設(shè)計(jì)題目?jī)H僅依賴于EDA技術(shù)知識(shí)本身，導(dǎo)致設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)單、功能性不強(qiáng)，深度不夠，無法激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造性。

二、雙平臺(tái)[9-10]構(gòu)建的必要性和重要性

DSP技術(shù)、EDA技術(shù)以其各自的特點(diǎn)滿足了各種需要，正從各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)層面改變著世界，它們已經(jīng)成為數(shù)字時(shí)代的核心動(dòng)力。因此，我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)中引入DSP技術(shù)，提出一種雙平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健癉SP技術(shù)+EDA技術(shù)”，這兩個(gè)平臺(tái)各有自己的特點(diǎn)，靈活運(yùn)用實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)題目。

為提高學(xué)生DSP開發(fā)實(shí)踐能力，增加基于DSP技術(shù)的課程設(shè)計(jì)題目，使學(xué)生進(jìn)一步理解DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握DSP系統(tǒng)的開發(fā)流程和編程方法、調(diào)試方法及仿真方法，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析問題和解決問題能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高工程意識(shí)，為學(xué)生畢業(yè)后從事DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和加強(qiáng)理論知識(shí)的理解，增加課程設(shè)計(jì)題目的多樣性和新穎性。隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)日新月異，新的技術(shù)不斷產(chǎn)生，因此，很有必要把EDA教學(xué)與專業(yè)課程如《數(shù)字信號(hào)處理》、《通信原理》教學(xué)結(jié)合起來，這不僅是適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展的需要，也是高等教育實(shí)踐環(huán)節(jié)改革的必然趨勢(shì)。此類題目具有較強(qiáng)的理論性和設(shè)計(jì)性，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用先修電子類課程知識(shí)的能力，促使學(xué)生建立整體設(shè)計(jì)的理念，激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

三、基于“雙平臺(tái)”課程設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)時(shí)需遵循以下幾個(gè)原則：1.系統(tǒng)性原則。課程設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)遵照“循序、系統(tǒng)、連貫”的實(shí)施過程，保證學(xué)生獲得系統(tǒng)的知識(shí)和技能，實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的規(guī)律性認(rèn)識(shí)和理解，利于學(xué)生對(duì)知識(shí)綜合利用及融會(huì)貫通。2.綜合與應(yīng)用性原則。應(yīng)用性是指培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力。綜合性體現(xiàn)在學(xué)生可以采用兩種及兩種以上的專業(yè)知識(shí)理論來解決問題，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。3.可操作性原則。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目可操作性主要指項(xiàng)目要符合學(xué)生的知識(shí)能力和認(rèn)識(shí)規(guī)律，使得學(xué)生能夠通過對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和消化完成實(shí)驗(yàn)過程。備選的課程設(shè)計(jì)題目大致分為3類：基于EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)類題目；基于DSP技術(shù)的設(shè)計(jì)類題目；學(xué)生自擬題目[11-13]，具體見圖1。

結(jié)合實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目時(shí)，采用多層次[14]、遞進(jìn)式的方式，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到綜合。2～3名學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，選擇一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目，開展課程設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。

為擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，提高動(dòng)手能力，充分激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，我們總共開設(shè)了12個(gè)課程設(shè)計(jì)題目供學(xué)生進(jìn)行選擇。其中基于EDA技術(shù)的課程設(shè)計(jì)題目總共設(shè)計(jì)了7個(gè)題目。應(yīng)用性課程設(shè)計(jì)題目有5個(gè)，分別是交通燈控制器、汽車尾燈控制器、數(shù)字跑表、搶答器、數(shù)字鐘。綜合性題目有2個(gè)，分別是頻率計(jì)、信號(hào)發(fā)生器等?；贓DA技術(shù)的課程設(shè)計(jì)題目是以DE2-115開發(fā)板為硬件平臺(tái)開展課程設(shè)計(jì)教學(xué)的?；贒SP技術(shù)的課程設(shè)計(jì)題目[15]總共設(shè)計(jì)了5個(gè)題目，具體題目見表1?；贒SP技術(shù)的課程設(shè)計(jì)題目是基于ICETEK-VC5509-A評(píng)估板為硬件平臺(tái)，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)教學(xué)的。

四、實(shí)施效果

我們?cè)?015-2016學(xué)年第2學(xué)期和2016-2017學(xué)年第1學(xué)期對(duì)13級(jí)電子信息工程專業(yè)和14級(jí)通信工程專業(yè)中的3個(gè)班級(jí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行教學(xué)改革，得到了學(xué)生們的一致認(rèn)可和支持。我們把近三年課程設(shè)計(jì)成績(jī)情況進(jìn)行對(duì)比分析，具體見圖2。從圖2可以看出，開展教學(xué)改革后，學(xué)生課程設(shè)計(jì)成績(jī)有顯著的提高，特別是14級(jí)通信專業(yè)的學(xué)生，成績(jī)優(yōu)良的比例大幅度增加。同時(shí)，我們也對(duì)參與教學(xué)改革的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)教學(xué)改革實(shí)施后，增加學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加深了學(xué)習(xí)深度，開拓了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力。

五、結(jié)束語

本文針對(duì)當(dāng)前《DSP應(yīng)用技術(shù)》與《系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)》教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合目前教學(xué)改革的趨勢(shì)，提出一種雙平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?DSP技術(shù)+EDA技術(shù)"的教學(xué)改革，給出了12個(gè)基于雙平臺(tái)的課程設(shè)計(jì)題目。該教學(xué)改革不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性，也開闊了學(xué)生的視野，讓學(xué)生能夠真正提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)的課程和將來走向社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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