基于CDIO教育理念的DSP課程教學設計與實踐

邢素霞

(北京工商大學 計算機與信息工程學院，北京 100048)

數字信號處理在電子、通信、計算機、儀器儀表、自動控制、消費電子和軍事等領域起著越來越重要的作用，尤其是隨著3G和Internet的發展，要求處理器的速度越來越高，體積越來越小，DSP芯片的發展正好能滿足這一發展要求，更多地滲透到各種電子產品中，成為電子產品,尤其是通信、音視頻、娛樂類產品的技術核心。因此，DSP技術與應用課程已經成為電子信息類高校學生必須掌握的一門重要技術[1-3]。

2018年上半年，企業貸款同比少增337.06億元。分企業類型看，大、中、小微企業貸款同比分別少增115.66億元、120.45億元和112.9億元。分企業性質看，國有和集體企業分別少增309.59億元和24.82億元；分行業看，農業、工業和服務業貸款同比分別少增6.65億元、8.14億元和371.53億元。據調查顯示，目前廣西全區108項工業投資建設項目資金缺口達182.55億元；南寧市、梧州市和百色市的抽樣工業企業資金缺口分別達160億元、18.9億元和421億元。算上廣大小微企業，資金缺口額度將更大。

DSP技術是一門理論和實踐結合非常緊密、突出動手能力的課程，但DSP芯片相對構造復雜、抽象[4]，學生普遍感到入門較難，而傳統的DSP教學方式多以課堂教學為主，課堂教學普遍采用多媒體設備，通過PPT講解CPU內部結構、IO接口、硬件電路結構、軟件編程等。這種具備音、視頻效果的教學方式，使學生在一定程度上容易理解和接受，并可以提高學生的學習積極性，但實踐內容偏少，學生普遍缺乏實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力，不能滿足企事業單位信息化建設的用人需求[5]。

DSP課程教學普遍存在的問題是內容多、課時少、沒有統一的經典教材、實踐能力培養不夠、實驗課時不足、過于依賴實驗箱、學生興趣不高、師資力量較弱等問題。采用傳統的教學模式，完全依靠課堂講解和課程內實驗教學，不利于充分培養學生的能力及發展學生的潛能。本文以CDIO(構思conceive、設計design、實施implement、運行operate)的教學理念[6-8]，以及應用型本科人才培養為目標，結合北京工商大學電子科學與技術專業學生的特點，對DSP系統知識能力培養的課程內容、實踐教學等環節進行探索，采用CDIO工程項目教育的模式，通過在“學中做”、“做中學”的方式，研究如何有效地開展DSP教學，探討如何培養出適應社會需求的創新型工程技術人才的問題。

1 CDIO工程教育理念

2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學經歷4年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，就是以產品的構思、研發到運行、廢棄全過程為載體，培養學生的工程能力。此能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在企業和社會環境下的構思(conceive)、設計(design)、實施(implement)、運行(operate)能力[9-10]，是以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程理論、技術和經驗。

本課程體系體現了以DSP理論知識、技術應用能力、信息素養和人際交往能力培養為核心，理論教學、實驗教學、素質教學三位一體的工程教育理論。

根據課程的難易程度，項目的設計采用多層次、遞進式的方式，從簡單到復雜、從單一到綜合，逐步由點到線、到面將教學要點體現在項目中。根據對DSP教學計劃和大綱的的剖析，將DSP的內部結構、匯編編程、C語言編程、混合編程、經典信號處理算法的實現、最小系統、片上外設等分解為9個知識模塊，設計了9個項目來引導課程的教與學，項目列表見表1。

2 構建基于CDIO教育理念的DSP課程體系

2.1 CDIO模式下的DSP課程體系

在Conceive階段，以構建理論體系為主，拋出問題和任務，讓學生獨立思考，提出解決方案；在Design階段，教師根據學生提出的方案，將任務分解，學生分組、分任務各自完成獨立功能模塊；在Implement階段，同組學生將所有的功能單元集成在一起，解決在聯合調試中出現的問題；在Operate階段，總結、演示成果，并由教師和其他組成員給出評價結果。項目的實施，從方案的提出到最后結果的演示，都離不開小組成員的團結協作，是實現素質教育的重要途徑。

圖1 CDIO模式下DSP課程教學實施流程

為使CDIO工程教學理念在DSP課程教學中得以體現，堅持理論與實踐結合，注重理論知識向能力培養轉向，構建了基于CDIO的DSP課程體系，見圖1。

由于楊莊東街各公交站點停靠位置的非機動車道和行人步道均比較寬，因此可以將公交站設計成港灣式，其有利于公交車停靠，同時避免對后面社會車輛的影響.

玉敏在金店做幾年了，深諳顧客心理。金店有十幾節柜臺，黃金柜、鉑金柜、K金柜、玉器柜、鉆石柜。顧客來了若四處張望，許是潛在的消費者，可買可不買，是來了解行情貨比三家的；顧客來了若直奔某柜臺，便是直接消費者，是帶著強烈消費欲來的，許是慕名而來，抑或貨比三家后來的。當然也有馬大哈的，什么都不計較，買了東西走人。不過來金店的顧客很少有這樣的，畢竟黃金珠寶不是口香糖，嚼兩口不對味就能吐了。

2.2 “多層次遞進式”項目設計

(2) 課程項目設計。教師通過對項目模塊的分析，要求學生對每一個模塊進行概念分析、理論求解，提出設計方案，每組成員分模塊進行方案驗證，利用 CCS集成開發環境進行程序設計與調試。教師需要不斷地鼓勵學生進行創新性設計、善于發現問題、解決問題，成員之間通過程序測試及項目集成調試，可以加強團隊協作能力的培養。

CDIO 理念傳承和發展了美國20 多年以來的工程教育大改革的理念，是一個將工程科學、工程學科知識和工程實踐能力整合為一體的工程教育方法[11]。CDIO 模式具有一定的普適性和可操作性，它既能運用于對精英化的高水平創新人才的培養，也適用于大眾化工程專業的教育。

表1 DSP課程項目設計

(1) 項目的構思。項目的設計，主要是體現DSP在數字信號處理、外部信號的控制上的優勢，即實時性和功能的強大性。在實時信號處理項目設計上，從基礎的簡單信號的產生，如簡易波形的產生、音頻信號的產生等，到復雜實時信號的分析處理，如實時信號的FIR濾波、語音信號的采集和放送、圖像處理等，均進行了設計。在強大的外設功能設計上，設計了簡單的A/D 接口控制、I/O 控制，和復雜的交通燈控制、液晶顯示等。教師扮演項目經理角色，將項目分模塊布置任務，讓學生獨立構思、設計、調試完成各個項目模塊，在做中學。這個階段能很好地鍛煉學生的獨立思考和分析問題能力，加強自學能力，培養他們多思考及分析、解決問題的能力等.

結合DSP教學特點，將課程中的知識模塊轉化為若干個教學項目，圍繞“學中做，做中學”的模式組織和開展教學，以鍛煉學生實踐動手能力[12]。每個項目安排2 ～ 3 人組成一個團隊，在團隊合作中，培養學生的溝通協調、團結協作的精神。

現代科技的創新，雖然不排除單打獨斗的成功，但更多的是來自不同學科的交叉融合和集智攻關。在市場經濟的大環境下，不同學科領域甚至不同單位的高效協作，既對科技工作者的素質提出了要求，也對管理模式，諸如學術民主、大協作、保護知識產權，切實加強基礎研究、提高國際化水平，解決好科技成果轉化“最后一公里”的問題等，提出了新的要求。

(3) 項目實施。項目的實施過程須強化相關知識的理解和運用，教師對每組的設計方案進行仔細討論與分析，要求學生反復測試，驗證設計的可行性，讓學生體會到，項目的開發過程就是不斷驗證、不斷改進的過程，要有堅持不懈的精神和成功的信念，激發他們的學習興趣，啟發創造靈感。同時，在項目的實施過程中讓學生體會團隊協作的重要性，認識到任何一個環節出現錯誤，都會影響到最后的結果。

(4) 項目運行和結果評價。項目實施過程中，要做好每個項目的演示，團隊共同參與項目的演示，對項目方案設計、設計思路、設計原理、關鍵技術、難點、調試中出現的問題等內容須進行公開匯報，并將存在的疑問或無法實現的功能等做詳細的記錄和匯報。 對結果的評價應從2個方面進行：一是對團隊協作、動手實踐能力、自學能力的考核；二是在項目實施的過程中，對知識理解、掌握情況的考核，是否具有靈活運用所學知識、解決實際問題的能力。

3 結束語

本文針對DSP課程綜合性、實踐性強的特點，結合 CDIO 教學理念對學生的要求開展項目教學法，使學生參與到實踐項目中，讓學生在做中不斷發掘解決問題的新思路，將知識點融會貫通、靈活運用，大大提高了學生的獨立思考能力、邏輯思維能力、團隊協作與溝通交流能力，使得整個課程的教與學變得更加生動，為綜合教學改革的實施提供了科學依據。

[1] 周曉雁，張衛寧.DSP 程序設計優化實驗的研究[J].電氣電子教學學報,2013,35(3):47-48.

[2] 蔣群,譚萍.DSP 的應用型人才培養與實踐改革[J].科技廣場，2013(4)：151-154.

[3] 韓力英，王楊，唐紅梅.案例教學法在 DSP 技術教學中的應用[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2013,12(66)：53-55.

[4] 趙月靜,陳繼榮,張永弟,等.單片機原理及應用課程創新實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2013,30(1):176-180.

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

[6] 彭易菲.CDIO教育理念對我國實施卓越工程師教育培養計劃的啟示[J].現代企業教育，2011(2下)：143-144.

[7] 陳瑞祥,姜平,周根榮.CDIO模式下嵌入式系統課程教學研究與實踐[J].中國教育技術裝備，2013(18)：91-92.

[8] 王紅霞.基于 CDIO 理念的 JAVA 課程改革[J].浙江水利水電專科學校學報,2013,25(2):96-98.

[9] 逯燕玲,戴紅,侯爽.基于CDIO教育理念的數據庫課程實驗設計[J].實驗技術與管理,2013,30(1):22-24.

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[11] 李珍香,樊瑋.微機原理與應用技術課程中的 CDIO一體化教學模式[J].計算機教育,2013(12)：54-59.

[12] 謝楠.CDIO 項目教學法在單片機課程中的應用[J].浙江水利水電專科學校學報,2013,25(1):89-91.