全日制專業學位研究生的《DSP芯片原理及應用》課程實踐教學方法研究

曹旭東，李卓然

摘要：逐步推進專業型碩士研究生的培養是國家研究生教學改革的新模式。專業型研究生培養更注重實踐環節，強調將課堂教學中的理論知識和實際工程需要相結合。為適應專業型研究生的培養模式，專碩研究生必修課《DSP芯片原理及應用》課程在原有的教學模式基礎上改革教學模式。在課堂教學環節、實驗實踐教學環節和深化應用環節，強調注重理論與工程實踐緊密結合的教學理念。各個不同教學實踐階段層層深入，探索適應專業型研究生的教學培養模式，培養知識、能力及素質協調發展的創新型專業碩士人才。

關鍵詞：全日制專業學位研究生；DSP；實踐創新能力

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0047-02

近幾年來，隨著研究生招生的教學改革，我校陸續招收了相當數量的全日制專業學位研究生。在專業碩士研究生培養上，分為三個階段。課堂教學階段，從研究生入學到次年的五月，主要任務是掌握專業基礎理論知識，培養基本專業實踐技能。現場實踐階段，從五月份開始到年底，大約8～10個月的時間，這一階段，主要是專業型研究生將在學校學習的理論知識和現場工作站實際工作實踐相結合，進一步提高和培養實踐技能和創新能力。深化提高階段，這一階段，在前兩個階段完成的基礎上，在現場導師和學校導師共同指導下，結合在校的理論知識和實踐技能，同工作站工程需要緊密結合，完成高水平的專業碩士論文。從專業型碩士的培養過程可以看出，專業型研究生培養更注重實踐環節，強調將課堂教學中的理論知識和實際工程需要相結合，側重培養學生綜合設計能力和科技實踐創新能力。為配合專業碩士研究生的培養需求，在專業型研究生的課程教學上需要作出相應的改革。

一、專業碩士《DSP芯片原理及應用》課程改革

《DSP芯片原理及應用》課程作為信號與通信工程專業的一門重要的專業必修課，為適應專業型研究生的培養模式，有必要在原有的教學模式基礎上，改革教學模式，強調注重理論與工程實踐緊密結合的教學理念。在課堂教學環節，通過引入實際工程應用實例，接觸實際科研項目中的設計開發產品，使學生了解所學知識的應用價值，激發學生的學習興趣，加深學生對DSP理論知識的理解。在實驗實踐教學環節，由專業課教師指導，學生設計為主，帶動學生自己設計DSP課程的實驗開發平臺，啟發學生的思維。在深化提高階段，將DSP課程教學與科技創新和實際工程項目研發相結合，鼓勵學生積極參與和DSP類相關的設計競賽、科技開發活動，在實際工程設計中去應用DSP技術，創造性的熟練掌握DSP技術，進而培養學生的實踐能力和創新能力。通過在不同教學實踐階段層層深入，探索適應專業型研究生的培養模式，逐步深化提高學生對DSP技術的理解及應用能力，真正使專業碩士研究生掌握DSP技術，提高學生解決實際問題的能力。培養知識、能力和素質協調發展，厚基礎、強能力及高素質的創新型專業碩士人才。

二、全日制專業學位研究生《DSP芯片原理及應用》改革實施計劃

DSP芯片技術是專門用于在硬件上實現各類數字信號處理算法的微處理器控制和運算技術，由于其運行速度快，能夠實現各種復雜算法，在石油勘探、地震資料數字處理、語音通訊、圖像處理、網絡傳輸等各個領域都得到了廣泛應用。《DSP芯片原理及應用》課程的特點是涉及的硬件結構復雜，應用算法理論抽象[1]，學生學習起來常常感到難學、難懂，學了也不會用。因此，如何結合專業碩士課程教學自身的特點、探索行之有效的針對專業碩士特點的DSP課程教學實踐方法，是我們在課程教學中亟待解決的問題。

1.改革理論課堂教學方法，將理論知識與實際工程設計應用緊密結合，加深學生對DSP理論的理解。作為石油大學電子專業的教師，在應用DSP技術進行石油勘探儀器開發上有許多成功的設計項目，如大慶油田的井地電位成像監測系統、基于DSP F2812的開關磁阻電機設計、過套管電阻率測量儀開發設計，等等，都是應用DSP處理器進行設計的成功范例。在課堂理論教學中，通過具體工程設計實踐幫助學生解讀DSP抽象的理論。以DSP存儲結構的知識點為例：“TMS320F2812處理器的外部接口（XINTF）映射到5個獨立的存儲空間，訪問相應存儲空間時，通過XZCS2片選信號完成”。學生對于DSP外部數據擴展存儲空間始終感到很抽象，涉及到具體DSP外存的擴展技術，很多同學更是不知道其在技術上如何實現。我們在教學中，結合我們大慶橫向科研項目“井地電位成像技術”，數據存儲實際設計案例講解，在講解中，學生不僅了解了DSP外部存儲結構特點，而且也能夠獨立應用DSP外部數據存儲器擴展技術，更易于專業碩士研究生理解和掌握。

2.在DSP課程實驗環節上，多給學生實踐動手機會，鼓勵學生自己動手設計DSP實驗系統，豐富綜合性、設計性實驗內容，提高基于DSP處理器的系統設計能力。《DSP芯片原理及應用》課程是在學生完成《微機原理及應用》、《數字信號處理》等專業課后開設的綜合性及實踐性較強的一門課程，應該說學習這門課的專業研究生具備一定水平的硬件設計能力。因此，在DSP課程教學實驗平臺如何構建這一環節上，除了沿襲原有的實驗方案，做一些基礎性、驗證性的實驗外，還應積極鼓勵學生組成課外科研小組，自己設計DSP教學實驗箱。在設計中，由DSP課程專業課教師指導，教師為學生提供設計電路資料、開發板程序等資源，研究生根據老師提供的信息資料，自己設計電路板，開發程序。教師根據學生設計的作品，提出修改意見，并最終完成DSP F2812教學用實驗箱的設計及開發。目前，該實驗箱在DSP課程綜合設計中廣泛使用，實驗箱在使用中出現的問題、故障均由學生自己維護完成。除此以外，在課程的實驗的安排上，力圖增加更多綜合性、設計性實驗內容，實驗內容不僅包括DSP課程本身的知識點，而且力求在實驗設計上，將前期課程的知識得到綜合和應用，真正提高實驗的設計性和綜合性。例如，我們在實驗內容上增加“應用DSP技術實現數據采集及濾波算法”，實驗中不僅包括應用DSP片上數據采集資源ADC完成高速數據采集技術，同時把《數字信號處理》課程中高低通濾波算法、FFT運算等理論加以通過DSP芯片應用綜合[2]，使學生在學習DSP課程同時，對相關課程的理解和應用也得到提高，電子技術的綜合設計和應用水平達到提高。設計“DSP硬件設計技術結合計算機高端編程技術VC++”的綜合實踐，DSP技術與MCU綜合應用的綜合設計等，通過大量實驗，不僅可以幫助學生加深對DSP知識結構的理解，而且可以提高基于DSP處理器的系統設計能力，培養學生的實際動手能力，激發其學習興趣和創新精神。endprint

3.將DSP課程教學與科技創新和實際工程項目研發相結合，鼓勵專業研究生積極參與和DSP類相關的設計競賽、科技開發活動，在實際工程設計中去應用DSP技術，創造性地熟練掌握DSP技術，進而培養專業研究生的實踐創新能力[3]。專業碩士研究生在培養中更為注重學生的實踐動手能力和科技創新能力培養。針對專業碩士研究生的特點，我們提倡在工程應用中提高學生DSP技術應用水平。首先，鼓勵學生在工程設計中，應用DSP技術。DSP技術是當前最為先進的現代電子系統設計開發技術，在科技創新和實際工程設計中應用DSP技術，能夠達到事半功倍的效果。學生通過工程應用DSP技術，加深對DSP的深化理解，提高自身應用DSP的技術水平。其次，以工程項目中設計應用為基礎，積極參與和DSP相關的設計競賽及科技創新活動，提升自身的設計水平和創新能力。在校專業碩士研究生完成的設計系統中，其中，基于TMS320F2812的內燃機電子調速系統獲TI杯DSP設計競賽創新獎，基于DSP處理器的鉆井仿真系統獲挑戰杯二等獎。

在近幾年的專業研究生培養上，我們按照上述思路做了初步嘗試，在學生完成第一學年研究生課程后，在工作站的安排和實踐題目的選擇上，有針對性地給學生安排應用DSP技術實現的相關工程項目。以華北油田工作站為例，我們選擇了油田通信公司作為專業碩士學習實踐的工作站。在工作站實踐課題的選擇上，我們為學生選擇的題目是“智慧油田物聯網應用技術研究”方向，實踐內容既涉及應用到課堂中所講授的DSP技術，又與當前較為熱門的物聯網技術有機結合，真正做到了學以致用。

參考文獻：

[1]張衛寧.DSP原理與應用的教學要點及方法討論[J].實驗技術管理，2007，（24）.

[2]俞一彪.電子信息類本科DSP教學實踐與探索[J].理工高教研究，2006，（4）.

[3]朱紅，周競學，張紅光，等.構建適合創新人才培養的實踐教學環境[J].實驗技術與管理，2006，23（9）：19-22.

作者簡介：曹旭東（1968-），男，遼寧錦州人，中國石油大學（北京）地球物理與信息工程學院副教授，主講研究生“DSP芯片原理及應用”課程，研究方向：主要從事DSP、SOPC、ARM等嵌入式微處理器的應用技術研究、計算機軟件系統設計及石油物探、測井儀器的研制。endprint