基于CDIO教育理念的DSP課程教學設(shè)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(shù)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(lǐng)域起著越來越重要的作用，尤其是隨著3G和Internet的發(fā)展，要求處理器的速度越來越高，體積越來越小，DSP芯片的發(fā)展正好能滿足這一發(fā)展要求，更多地滲透到各種電子產(chǎn)品中，成為電子產(chǎn)品,尤其是通信、音視頻、娛樂類產(chǎn)品的技術(shù)核心。因此，DSP技術(shù)與應用課程已經(jīng)成為電子信息類高校學生必須掌握的一門重要技術(shù)[1-3]。

2018年上半年，企業(yè)貸款同比少增337.06億元。分企業(yè)類型看，大、中、小微企業(yè)貸款同比分別少增115.66億元、120.45億元和112.9億元。分企業(yè)性質(zhì)看，國有和集體企業(yè)分別少增309.59億元和24.82億元；分行業(yè)看，農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)貸款同比分別少增6.65億元、8.14億元和371.53億元。據(jù)調(diào)查顯示，目前廣西全區(qū)108項工業(yè)投資建設(shè)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(yè)企業(yè)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(yè)，資金缺口額度將更大。

DSP技術(shù)是一門理論和實踐結(jié)合非常緊密、突出動手能力的課程，但DSP芯片相對構(gòu)造復雜、抽象[4]，學生普遍感到入門較難，而傳統(tǒng)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(shè)備，通過PPT講解CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、IO接口、硬件電路結(jié)構(gòu)、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(nèi)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(yè)單位信息化建設(shè)的用人需求[5]。

DSP課程教學普遍存在的問題是內(nèi)容多、課時少、沒有統(tǒng)一的經(jīng)典教材、實踐能力培養(yǎng)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(tǒng)的教學模式，完全依靠課堂講解和課程內(nèi)實驗教學，不利于充分培養(yǎng)學生的能力及發(fā)展學生的潛能。本文以CDIO(構(gòu)思conceive、設(shè)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(yǎng)為目標，結(jié)合北京工商大學電子科學與技術(shù)專業(yè)學生的特點，對DSP系統(tǒng)知識能力培養(yǎng)的課程內(nèi)容、實踐教學等環(huán)節(jié)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(yǎng)出適應社會需求的創(chuàng)新型工程技術(shù)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(jīng)歷4年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，就是以產(chǎn)品的構(gòu)思、研發(fā)到運行、廢棄全過程為載體，培養(yǎng)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(yè)和社會環(huán)境下的構(gòu)思(conceive)、設(shè)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(lián)系的方式學習工程理論、技術(shù)和經(jīng)驗。

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

根據(jù)課程的難易程度，項目的設(shè)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(xiàn)在項目中。根據(jù)對DSP教學計劃和大綱的的剖析，將DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、匯編編程、C語言編程、混合編程、經(jīng)典信號處理算法的實現(xiàn)、最小系統(tǒng)、片上外設(shè)等分解為9個知識模塊，設(shè)計了9個項目來引導課程的教與學，項目列表見表1。

2 構(gòu)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(gòu)建理論體系為主，拋出問題和任務(wù)，讓學生獨立思考，提出解決方案；在Design階段，教師根據(jù)學生提出的方案，將任務(wù)分解，學生分組、分任務(wù)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(lián)合調(diào)試中出現(xiàn)的問題；在Operate階段，總結(jié)、演示成果，并由教師和其他組成員給出評價結(jié)果。項目的實施，從方案的提出到最后結(jié)果的演示，都離不開小組成員的團結(jié)協(xié)作，是實現(xiàn)素質(zhì)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(xiàn)，堅持理論與實踐結(jié)合，注重理論知識向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)向，構(gòu)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(shè)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(jié)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(shè)計

(2) 課程項目設(shè)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(shè)計方案，每組成員分模塊進行方案驗證，利用 CCS集成開發(fā)環(huán)境進行程序設(shè)計與調(diào)試。教師需要不斷地鼓勵學生進行創(chuàng)新性設(shè)計、善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，成員之間通過程序測試及項目集成調(diào)試，可以加強團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

CDIO 理念傳承和發(fā)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(chuàng)新人才的培養(yǎng)，也適用于大眾化工程專業(yè)的教育。

表1 DSP課程項目設(shè)計

(1) 項目的構(gòu)思。項目的設(shè)計，主要是體現(xiàn)DSP在數(shù)字信號處理、外部信號的控制上的優(yōu)勢，即實時性和功能的強大性。在實時信號處理項目設(shè)計上，從基礎(chǔ)的簡單信號的產(chǎn)生，如簡易波形的產(chǎn)生、音頻信號的產(chǎn)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(shè)計。在強大的外設(shè)功能設(shè)計上，設(shè)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(jīng)理角色，將項目分模塊布置任務(wù)，讓學生獨立構(gòu)思、設(shè)計、調(diào)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(yǎng)他們多思考及分析、解決問題的能力等.

結(jié)合DSP教學特點，將課程中的知識模塊轉(zhuǎn)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(yǎng)學生的溝通協(xié)調(diào)、團結(jié)協(xié)作的精神。

現(xiàn)代科技的創(chuàng)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(guān)。在市場經(jīng)濟的大環(huán)境下，不同學科領(lǐng)域甚至不同單位的高效協(xié)作，既對科技工作者的素質(zhì)提出了要求，也對管理模式，諸如學術(shù)民主、大協(xié)作、保護知識產(chǎn)權(quán)，切實加強基礎(chǔ)研究、提高國際化水平，解決好科技成果轉(zhuǎn)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(guān)知識的理解和運用，教師對每組的設(shè)計方案進行仔細討論與分析，要求學生反復測試，驗證設(shè)計的可行性，讓學生體會到，項目的開發(fā)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(fā)他們的學習興趣，啟發(fā)創(chuàng)造靈感。同時，在項目的實施過程中讓學生體會團隊協(xié)作的重要性，認識到任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，都會影響到最后的結(jié)果。

(4) 項目運行和結(jié)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(shè)計、設(shè)計思路、設(shè)計原理、關(guān)鍵技術(shù)、難點、調(diào)試中出現(xiàn)的問題等內(nèi)容須進行公開匯報，并將存在的疑問或無法實現(xiàn)的功能等做詳細的記錄和匯報。 對結(jié)果的評價應從2個方面進行：一是對團隊協(xié)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(jié)束語

本文針對DSP課程綜合性、實踐性強的特點，結(jié)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(fā)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(xié)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(jù)。

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