基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的DSP課程教學(xué)改革研究

馬駿杰 張思艷 孫軼男 張媛媛

哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 山東威海 264300

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)已成為互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，基于信息交互式的學(xué)習(xí)模式已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于教育教學(xué)環(huán)境中。它是指按照課程目標(biāo)及實(shí)踐要求，采用多媒體技術(shù)及信息技術(shù)針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教與學(xué)活動(dòng)的組合[1]。

電氣專業(yè)是信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛并極具活力的一個(gè)領(lǐng)域，其要求本專業(yè)學(xué)生具備設(shè)計(jì)、研究、應(yīng)用與開發(fā)電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的基本工程應(yīng)用能力。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理作為電子信息工程專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義[2,3]。數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)課程，它的基本概念、基本分析方法已經(jīng)從軍事、航空航天領(lǐng)域迅速擴(kuò)大到信號(hào)處理、通信、雷達(dá)、手機(jī)、消費(fèi)等諸多領(lǐng)域[4,5]。數(shù)字信號(hào)處理的問題無處不在，滲透到現(xiàn)代自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域之中。因此，該課程的教學(xué)、課程建設(shè)和學(xué)生實(shí)踐，需要緊跟DSP技術(shù)的發(fā)展前沿，并與工程實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，才能培養(yǎng)出業(yè)界亟須的DSP應(yīng)用人才。

在互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)和信息技術(shù)工具的支持下，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”優(yōu)化DSP應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容，將成為DSP課程教學(xué)的一種有效改革途徑[6]。本文將“互聯(lián)網(wǎng)+”與DSP教學(xué)相結(jié)合，取代傳統(tǒng)的教學(xué)模式，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”下的工具，將其應(yīng)用于課堂之中，以提高課堂效果。

1 DSP教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 理論教學(xué)現(xiàn)狀

鑒于DSP課程難度較大，并且在教學(xué)過程中存在著教學(xué)學(xué)時(shí)有限而知識(shí)點(diǎn)繁多、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法單一、理論考核形式古板等多種問題，一定程度上限制了DSP相關(guān)課程的教學(xué)效果，造成學(xué)生對(duì)此課程的畏懼和膽怯心理，進(jìn)而不能良好的完成教學(xué)任務(wù)和要求。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，由于DSP的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)乏味，課前預(yù)習(xí)時(shí)缺乏新鮮感，面對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書沒有吸引力，導(dǎo)致學(xué)生在課前預(yù)習(xí)方面敷衍了事[7]。

由于課上時(shí)間緊張，學(xué)生在DSP實(shí)驗(yàn)課上遇到問題無法當(dāng)堂解決，課下師生之間缺乏交流，致使學(xué)生的動(dòng)手能力較弱。

DSP的實(shí)驗(yàn)過程比較煩瑣，學(xué)生要在CCS軟件平臺(tái)里進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，包括工程文件的組成、端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分配和配置程序等才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[8]。

2 DSP教學(xué)模式改革

針對(duì)DSP課程教學(xué)中存在的問題，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的DSP應(yīng)用技術(shù)課程建設(shè)研究與實(shí)踐，將從DSP教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核形式三方面加以改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

TI公司的DSP芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、電氣控制等場(chǎng)合，為使學(xué)生掌握目前最新的DSP控制器的原理及應(yīng)用，在教學(xué)內(nèi)容上采用TI公司目前最為代表性的，同時(shí)也是市場(chǎng)主流的TMS320F28335作為主講芯片。

在理論教學(xué)上，我院教師編寫的《DSP控制器原理與應(yīng)用教程—基于TMS320F28335及CCS5》(高等教育出版社)和已出版并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)銷售的《嵌入式DSP的原理與應(yīng)用—基于TMS320F2833》(北京航空航天大學(xué)出版社)正是以F28335為核心，先圍繞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析講解，后對(duì)芯片的ePWM模塊、eCAP模塊、ADC模塊、通信單元等外設(shè)部分加以重點(diǎn)闡述，最后將電氣專業(yè)的幾個(gè)典型應(yīng)用收入書中附錄部分，對(duì)學(xué)生實(shí)踐調(diào)試程序?qū)⑵鸬奖匾膮⒖贾笇?dǎo)作用。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，自主開發(fā)TMS320F28335開放性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并編寫相應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。該系統(tǒng)預(yù)留充足的接口，并實(shí)現(xiàn)軟件的完全開放。除了保證GPIO、定時(shí)器、中斷、PWM、捕獲、AD采樣等基本實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生可在此系統(tǒng)上獨(dú)立地進(jìn)行軟、硬件更改，繼而實(shí)現(xiàn)后續(xù)的電機(jī)拖動(dòng)、交流調(diào)速、數(shù)字信號(hào)處理等專業(yè)課實(shí)驗(yàn)。一方面，增強(qiáng)了DSP實(shí)驗(yàn)設(shè)置的合理性，極大降低了購置價(jià)格昂貴的試驗(yàn)設(shè)備而不能解決的實(shí)驗(yàn)開放性較弱、實(shí)驗(yàn)課程銜接性較差等缺點(diǎn)，最大可能地提升了工科實(shí)驗(yàn)的“設(shè)計(jì)性”，降低傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的“驗(yàn)證性”，有效增加了學(xué)生的動(dòng)手調(diào)試機(jī)會(huì)；另一方面，加強(qiáng)DSP與電力電子技術(shù)、交流調(diào)速等專業(yè)課的緊密聯(lián)系，使學(xué)生能夠?qū)W以致用并做到理論聯(lián)系實(shí)際。我院開發(fā)的DSP實(shí)驗(yàn)板如圖1所示。

圖1 DSP核心實(shí)驗(yàn)板

2.2 教學(xué)方法

在理論課程教學(xué)中，針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)提出問題，進(jìn)行不定期的課堂討論，使學(xué)生積極參與其中并獨(dú)立思考，培養(yǎng)探究問題的意識(shí)和學(xué)習(xí)習(xí)慣，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。采用多媒體結(jié)合板書的教學(xué)手段，充分利用多媒體的聲音、圖像、視頻、動(dòng)畫等進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)，生動(dòng)的展現(xiàn)教學(xué)要點(diǎn)。教學(xué)流程圖如圖2所示。

圖2 教學(xué)流程圖

2.2.1 微課

教師可以通過互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)將教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與DSP相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件資料(如：電動(dòng)機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)、軟件控制算法等)及目前國內(nèi)外主流的DSP設(shè)計(jì)方案錄制成教學(xué)微課視頻，并且適時(shí)發(fā)布給學(xué)生。學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中，可向教師提出關(guān)于DSP課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)過程和自主系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)遇到的問題。這要求教師需要將與DSP相關(guān)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等相關(guān)課程和理論進(jìn)行總結(jié)和分析，對(duì)授課教師提出了更高的要求。

在高等院校中推廣微課，極大地豐富了課堂形式和課堂內(nèi)容，和傳統(tǒng)的課堂相結(jié)合，使學(xué)生在選擇學(xué)習(xí)資源和渠道時(shí)更加豐富。同時(shí)對(duì)于課堂上的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在微課上可以重復(fù)觀看，直至完全消化為止，這也有效地培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。高校學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)授課的形式是比較感興趣的，正如很多國外著名院校的網(wǎng)課一樣，都受到國內(nèi)外高校學(xué)生的青睞，因此微課作為依托于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的課程，以互聯(lián)網(wǎng)作為媒介，促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)與課堂教學(xué)結(jié)合的進(jìn)程，進(jìn)一步拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性和娛樂性[9,10]。

2.2.2 微信平臺(tái)

微信是伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下涌現(xiàn)出的現(xiàn)代化交流工具之一，被廣大用戶所青睞。將微信引入高等教育教學(xué)環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)信息時(shí)代教學(xué)的特色之處。

相對(duì)于網(wǎng)站而言，微信公眾號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)在線答疑、課后交流、下發(fā)緊急信息等功能，學(xué)生可以通過公眾號(hào)向教師咨詢課上難點(diǎn)、課后習(xí)題解題思路和反饋問題等。

除了在微信公眾賬號(hào)上實(shí)時(shí)發(fā)布如圖3所示的教學(xué)文件、復(fù)習(xí)資料外。教師也可以更加細(xì)致地了解每一位學(xué)生，進(jìn)而更加具有針對(duì)性的 “因材施教”，拉近師生之間的距離。同時(shí)，學(xué)生可以在微信平臺(tái)向教師咨詢問題，利用微信大數(shù)據(jù)處理功能，將每位學(xué)生的學(xué)習(xí)過程記錄下來(如圖4所示)。其中，將提問次數(shù)大于等于5次的問題標(biāo)記為高頻問題，低于5次的為中低頻問題。從橫向觀察，通過提問次數(shù)可以反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度以及學(xué)習(xí)主動(dòng)性；縱向觀察，對(duì)于提問高頻問題次數(shù)較多的學(xué)生，說明該學(xué)生對(duì)DSP知識(shí)掌握地相對(duì)透徹，可將此作為平時(shí)成績的參考依據(jù)，同時(shí)教師可以有針對(duì)性地對(duì)高頻問題在課堂中仔細(xì)講解并逐漸調(diào)整教學(xué)方法至最佳。

圖3 微信公眾平臺(tái)

圖4 學(xué)生學(xué)習(xí)過程記錄示意圖

在DSP教學(xué)的課堂中應(yīng)用微信公眾號(hào)，為學(xué)生和教師創(chuàng)造了良好的交流平臺(tái)，緩解了教師與學(xué)生之間缺少溝通的問題，增加師生之間的交流。與此同時(shí)，可以幫助教師廣泛了解大學(xué)生的思想，有利于教師在遇到問題時(shí)，針對(duì)每個(gè)學(xué)生“對(duì)癥下藥”，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性起到促進(jìn)作用[11,12]。

2.3 考核形式

傳統(tǒng)考核方式采用較為機(jī)械的筆試形式，無法對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)考核。為此，采用“筆試+實(shí)際操作”相結(jié)合的考核形式：將需記憶的內(nèi)容進(jìn)行筆試考核，對(duì)應(yīng)用部分采用開發(fā)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作加以考核，考核學(xué)生DSP學(xué)習(xí)過程中軟、硬件的掌握程度。在考試比重上，采用筆試占40%，微信平臺(tái)作業(yè)上交情況占20%，平時(shí)實(shí)驗(yàn)及出勤占40%。

3 結(jié)語

根據(jù)DSP教學(xué)現(xiàn)狀指出存在的問題，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景，將教學(xué)中的不足進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、方法以及考核形式的改革。經(jīng)實(shí)踐證明，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的DSP教學(xué)改革，能夠使學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)工具和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行DSP的學(xué)習(xí)，積極拓寬自己的知識(shí)面，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與老師交流與合作，進(jìn)而提升了自己的專業(yè)技能。充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源豐富自己的專業(yè)知識(shí)，為以后走向社會(huì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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