民族院校DSP 原理及應用課程教學改革淺析*

◆潘俊濤 劉芳 牛勇 周春艷

作者：潘俊濤，北方民族大學電氣信息工程學院講師，博士研究生，研究方向為自動控制、DSP 技術；劉芳、牛勇、周春艷，北方民族大學電氣信息工程學院（750021）。

1 前言

DSP（Digital Signal Processor）[1]，即數字信號處理器，指針對數字信號處理技術而設計的一種可編程的高速、高性能處理器，是現代計算機技術和信息處理技術相結合的產物[2]。近年來，全球信息技術日新月異，DSP 技術作為信息技術的重要內容之一，其迅猛的發展勢頭極大地推進了社會生產力的進步。過去的20年里，DSP 芯片的應用已經從軍事、航空航天等領域擴大到信號處理、通信、電子消費等諸多領域，如信號處理、儀器儀表、自動控制、家用電器、醫療、全球定位GPS、自助銀行、圖形/圖像等。可以說，從軍用到民用，從航空航天到居民生產生活，DSP芯片幾乎應用到人們生活的每一個角落[3]。

在全社會對DSP相關技術人才需求日益增長的形勢下，全國各高校在相關專業的人才培養方案里相繼開設DSP 原理及應用這門課程，且根據自身的辦學定位制定了相應的教學大綱。由于DSP 芯片眾多，不同系列DSP 產品具有不同的特色及應用領域，因此，各專業根據其自身的人才培養目標，在DSP 原理及應用課程中須選擇不同的DSP 芯片進行講解。

在眾多DSP 芯片產品中，美國TI 公司開發生產的一系列DSP 芯片無疑是當今世界上最有影響的DSP 處理器。TI公司生產的TMS320 系列DSP 芯片憑借其強大的數字信號運算能力，使得諸多復雜的數字信號處理算法的實現成為可能。目前，該公司在DSP 芯片市場份額已占全世界份額近50%[3]。有鑒于此，國內各高等院校和高新技術企業都將TI公司TMS320 系列DSP 產品作為其科研、應用開發的首要選擇。考慮到北方民族大學自動化專業以“控制”為主要核心的人才培養理想，該專業的DSP 原理及應用課程選用TI公司中控制性能最為突出的TMS320LF240x 系列DSP 芯片為代表，對學生進行講解。

目前，北方民族大學自動化專業本科人才培養方案對DSP 原理及應用課程分配的課時數為50，其中理論課時數為42，實驗課時數為8。鑒于該課程具有涉及知識面廣、實踐性強等特點，如何在有限的教學課時內高質量地完成教學任務，并培養出符合社會需求的合格DSP 技術人才，是擺在任課教師面前亟待解決的重要難題之一。因此，針對DSP 原理及應用課程教學內容、教學方法、課程評價體系的改革探索研究具有重要意義。

本文以北方民族大學自動化專業開設的DSP 原理及應用課程為背景，結合民族院校的辦學特色，圍繞課程教學目標為指導，針對課程教學過程中存在的若干問題，提出一種以任務驅動法[4]為核心思想的DSP 原理及應用課程教學改革方法，以進一步改善現有DSP 原理及應用課程的教學效果。

2 課程特點及教學現狀分析

課程特點 DSP 原理及應用是北方民族大學自動化專業人才培養方案中開設的一門重要的專業課。鑒于民族院校服務少數民族地區，培養少數民族優秀人才的辦學定位，學校將該課程的教學目標定為了解DSP 基本原理，掌握其內部硬件資源構成及相應的指令系統，使學生具有一定運用C 語言和匯編語言解決基本實驗問題的實踐動手能力，為今后從事DSP 技術相關的工作奠定基礎。相比其他專業課程，該課程具有如下特點。

1）教學內容涉及知識面廣。DSP 原理及應用是一門綜合性非常強的課程[3]。其先修課程包括微機原理與接口技術、單片機原理及應用、模擬電子技術、數字電路與邏輯設計、數字信號處理、C 語言程序設計。這就要求學生在課程的學習過程中必須具備數電、模電、微機原理、單片機技術、C 語言、匯編語言、數字信號處理技術等方面的基本知識，同時兼顧系統軟硬件設計的基本能力。

2）教學內容更新速度快。全球信息技術日新月異，作為信息技術的重要內容之一，DSP 技術的發展速度也越來越快。特別是近年來大規模集成電路技術的發展極大地促進了DSP 芯片更新換代的速度。相應的，其運算速度、存儲容量、片內外設種類、生產成本等方面都得到極大的提高。為在新形勢下更好地適應社會對DSP 技術人才的需求，授課內容需要隨時更新。

3）課程實踐性強。DSP 原理及應用是一門實踐性很強的專業課程，其主要目的是培養學生運用書本知識解決實際問題的實踐動手能力，能讓學生運用C 語言、匯編語言、CCS 等開發工具設計開發一套簡單的DSP 系統，以完成預期的系統任務。因此，實踐教學是整個DSP 原理及應用課程教學環節中的重要內容，不可或缺。實驗內容的選擇須緊密圍繞課程的核心知識點，既要簡單易用，又要在工程實踐中具有一定的代表性。

課程教學現狀分析

1）學生基礎薄弱。作為一所民族院校，北方民族大學的學生有相當一部分比例來源于邊疆少數民族地區和邊遠貧困地區，學生基礎較弱。因此，在學習DSP 原理及應用這門課程的時候，學生很難對該課程涉及的寬泛基礎知識（如電子技術、微機原理、單片機技術、數字信號處理技術、C 語言/匯編語言程序設計等）做到基本的掌握，從而一定程度上增加了學生對該課程學習的難度，學習積極性不高，學習興趣降低。

2）重理論輕實踐，理論教學和實踐教學脫節。作為一所應用型本科院校，教學的指導思想是讓學生在學完課程之后能夠很快地將所學知識應用到實踐中去。目前，北方民族大學自動化專業的DSP 原理及應用課程的實驗學時僅為8 學時，作為實踐性很強的專業課，缺乏足夠的實踐確實很難達到理想的教學效果。此外，實踐環節的教學內容也僅僅停留在對理論知識的簡單驗證，這樣的實踐環節往往不能取得良好的效果，也一定程度上影響了對整體課程理論知識的把握，無法充分利用有限的實踐機會加深理解專業理論，從而使得理論教學和實踐教學脫節。

3）課程評價體系不合理。DSP 原理及應用課程是一門兼顧理論與實踐的課程，不僅要求學生在這門課程的學習后能夠掌握DSP 基本原理、硬件結構、指令系統等基礎理論知識，同時要求其具備一定的DSP 系統開發、編程、調試、設計等實踐動手能力。因此，如何制定積極、有效、合理的課程評價體系，也是擺在專任教師面前亟待解決的主要問題之一。目前，學校對該門課程的考核方式為作業、實驗報告加平時成績，沒有體現對學生的實際動手能力的考核，使得學生在課程結束后，其所掌握的理論知識與其實踐動手能力脫離較為嚴重，存在“高分低能”現象。

綜上所述，為了進一步改善DSP 原理及應用課程教學效果，培養高質量的DSP 技術人才，針對DSP 原理及應用課程教學內容、教學方法、課程評價體系的改革探索勢在必行。

3 課程教學改革

鑒于DSP 原理及應用課程特點及其教學現狀，該門課程的教學不僅要夯實學生的理論基礎，而且要培養學生的實踐動手能力。為此，本文將從以下幾點對該門課程的教學內容、教學方法、課程評價體系等方面進行改革探索。

構建以任務驅動法為核心的課程教學方法 任務驅動法指在教學過程中將教學內容的各個知識點合理融入某些特定的“任務”中，學生在教師的引導下，通過逐步完成“任務”，達到學習掌握課程知識點的目的[4]。北方民族大學DSP 原理及應用課程目前采用“教師講，學生聽”的傳統教學方法。在這種灌輸式教學方法下，學生在學習過程中的主動性、創造性、積極性受到極大的限制，從而很大程度上影響了對實踐創新能力、分析問題解決問題能力的培養。以任務驅動法為核心的教學模式打破了傳統教學模式以“教師為主，學生為輔”的被動教學模式，更加強調課堂教學過程中的學生的主體地位和教師的主導作用，是一種主動的教學模式。在該模式下，學生帶著問題去學習課本核心知識內容，不僅提高了學習的主動性和積極性，而且培養了學生思考問題、分析問題、解決問題的能力；教師則以引導者的身份，對學生進行必要的指導。因此，以任務驅動法為核心的教學模式更加符合DSP 原理及應用課程的教學要求。

優化教學內容，制定合適任務 DSP 原理及應用課程涉及的知識面非常寬泛，在課程學時有限的情況下，不可能對其課程內容面面俱到。因此，課程教學內容需要根據現今社會對DSP 人才的要求做進一步優化，突出課程內容的核心知識點，從而把更多的精力放在學生實踐技能的培養上。隨后，圍繞核心知識點設置任務，并將此任務貫穿于整個課程的教學過程。考慮到北方民族大學民族院校的辦學定位，學生基礎普遍薄弱，任務的制定要實際可行且便于實現，能讓學生調動原有的知識背景來建構新的知識體系，即任務的設置要有利于學生解決問題能力、自主學習能力和探索精神的培養。

開發式實驗教學 北方民族大學自動化專業的DSP 原理及應用課程的實驗學時僅為8 學時。鑒于民族院校學生編程能力普遍薄弱的情況，課程實驗內容首先安排基礎性的實驗，讓學生掌握CCS 的使用和外設的操作，隨后安排若干驗證性實驗讓學生熟悉C 語言和匯編語言的混合編程，并完成一些簡單的控制任務。實驗課程結束后，學生僅能讀懂實驗相關源程序，了解實驗原理，但對真正的DSP 系統的軟硬件開發過程知之甚少，無法獨立設計完成一套簡單DSP 系統的開發任務，從而無法滿足當今社會對DSP 技術人才的要求。因此，有必要針對DSP 原理及應用課程建立開發式實驗教學模式。

目前，學校與北京精儀達盛科技有限公司合作，圍繞EXPIII+教學實驗系統，為學生提供功能齊全的DSP 實驗平臺。在該實驗平臺上，不僅可以完成基本的驗證性實驗，而且可以進行綜合性實驗，開發簡單的DSP 應用控制系統。除規定必須完成的驗證性實驗外，學生可利用課余時間，根據自身情況靈活選擇設計性實驗內容，進一步提升自己在DSP 系統開發方面的實踐動手能力。

適當開展雙語教學 鑒于DSP 原理及應用課程特點，可適當在其教學過程中開展一定程度的雙語教學。

1）相比國外，我國在DSP 技術領域仍處于落后階段。授課過程中所講解的DSP 芯片屬國外產品，其配套說明文檔也以英文描述。雖然有相當一部分文獻資料及中文圖書對各DSP 芯片進行了詳細的講解，但大多是對原有英文說明文檔的翻譯，其中不免出現一些錯誤，這使得學生在學習過程中走了很多彎路。因此，采用英文原版說明手冊為主、中文資料為輔的教學模式是該課程學習的最佳選擇。適當開展雙語教學有利于這種教學模式的順利推進。

2）課程教學內容中頻繁出現的寄存器名稱、引腳名稱均以英文符號表示，這些符號含義均與其英文名稱相對應。因此，適當開展雙語教學便于學生記憶這些符號名稱的含義，使得學生對這門課程的學習達到事半功倍的效果。

3）利用C 語言和匯編語言混合編程進行DSP 應用系統的軟件開發是DSP 原理及應用課程主要教學內容之一。眾所周知，編程語言本身貼近英文，因此適當開展雙語教學，有利于提升學生的編程能力。

4 結論

隨著DSP 技術廣泛應用于居民生產生活的各個領域，DSP 原理及應用這門課程也受到信息技術類專業學生的青睞。本文結合民族院校特色，針對北方民族大學自動化專業DSP 原理及應用課程特點及教學現狀，對其教學內容、教學方法進行改革探索。兩屆學生的實踐教學表明，本文所提課程教學改革辦法，有效提升了學生的實踐動手能力，課程教學效果得到較為明顯的改善。

[1]鄒彥.DSP 原理及應用[M].北京:電子工業出版社,2004.

[2]劉和平,鄧力,江渝,等.DSP 原理及電機控制應用:基于TMS320LF240x 系列[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.

[3]周亞麗.《DSP 原理及應用》課程教學方案探索[J].科技信息,2010(29):438-439.

[4]張萍.任務驅動法在DSP 課程教學中的實踐[J].計算機教育,2010(16):93-98.

[5]黃杰,鐘明輝.《DSP原理及應用》課程教學改革探討[J].教育與人才,2011,10(24):87-88.

[6]楊莉.基于任務驅動模式的高職課程教學改革與實踐[J].天津職業院校聯合學報,2009,11(6):54-57.