新模式在農業工程DSP技術中的實踐研究

王申 周杰 田敏

[摘? ? ? ? ? ?要]? “翻轉課堂”是近年來流行的一種新型教學模式。采用“翻轉課堂”模式對農業工程專業的DSP技術與應用課程進行改革，針對課程中理論重難點及綜合性實驗錄制了應用于該專業的教學視頻。采用過程評價對“翻轉課堂”所取得的教學效果進行評估。評估結果表明，“翻轉課堂”教學模式有效提升了該專業學生對知識點的掌握程度，培養了學生的實驗操作能力。

[關? ? 鍵? ?詞]? DSP技術;翻轉課堂;農業工程;過程評價

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）04-0094-02

一、引言

隨著信息技術的不斷進步，學習者可以不受時間、地點等因素的限制，隨時隨地通過互聯網在線學習各種課程，知識的獲取渠道變得更加多樣化。翻轉課堂教學模式正是在這一信息化的背景下出現的。作為一種混合式教學模式，翻轉課堂將傳統教學模式中“教師在課堂先講授知識，學生課后完成知識內化”的結構顛倒過來，因此也叫“顛倒課堂”。在課前，學生依據教師提供的資料（如教學視頻及課件）進行自學，掌握基本概念，針對課前自學遇到的問題，課堂上教師針對這些問題與學生進行討論、解答，提高了教學效率，增強了教學效果。

在“翻轉課堂”的教學模式中，學生是學習的中心，有利于激發并維持學生學習的興趣，增強學習的主動性[1]。課前，教師自行錄制視頻來講解教學內容，并將這些學習資料傳給學生，可以讓學生在課前就對課程內容有基本掌握，同時靈活的教學方式及優質資源也便于拓展課堂教學內容。學生課前就可以開始學習新的內容，無形中增加了課堂教學時間。課堂上，教師可以就重難點及學生的疑惑有針對性地開展教學活動，引導學生對問題進行思考，加強師生之間的探討交流，提高課堂時間的利用效率，在這一過程中，學生基本可以完成知識的內化。課后，學生仍然可以根據教師提供的資料進行復習。

二、教學現狀

DSP技術與應用是電子工程、電子科學與技術、通信技術及農業工程等專業的一門專業必修課，信息化教學模式下，DSP技術在農業工程實踐中的應用不斷擴大。該課程系統地講授了C54x芯片的硬件結構、指令體系、開發流程等知識點，對物聯網等技術在農業實踐中的應用起基礎性作用。然而，該課程存在知識點較多、概念復雜、匯編語言較為抽象、內容快速更新、綜合實踐性強等特征。DSP芯片功能模塊多，內部結構復雜，對學生基礎要求較高，需要有模擬電子技術、數字電路、單片機等課程的學習基礎，課程難度大，內容抽象，學生學習積極性不高。該課程的課時為36課時，其中理論課為24課時，實驗課12課時。以往的教學模式是教師主導上課過程，一味講解理論知識，主要內容為DSP芯片各功能模塊及匯編語言程序設計等，討論和練習環節少。實驗課采取的是教師講述實驗內容，演示實驗步驟，學生簡單進行驗證，提交實驗報告的教學模式[2]。原有的教學模式中，學生對學習內容缺乏感性認識，理論知識抽象不好理解，而實驗課部分時間用在教師講解實驗過程上，減少了學生的動手時間，對實驗過程簡單化，沒有充分調動學生學習積極性，教學效果不理想。

三、基于“翻轉課堂”的DSP教學設計

將“翻轉課堂”應用在DSP教學中，改進課程教學設計，主要是為了增強學生學習效果，夯實學生理論基礎，提升解決問題能力、自學能力等核心學習素養。

由于學生的模電、數電、C語言編程等能力參差不齊，為掌握學生基礎情況，進行層次化的教學設計，首先對學生情況進行調研。通過學情調研了解學生學期課程分布，學生感興趣的教學方法，最重要是對學生編程設計、數字電路等課程的學習情況調研，從而合理設計教學視頻，改良課程設計。

結合學情調研情況及課程特點，DSP課程教學組討論最終確定了基于翻轉課堂的DSP教學設計思路，針對DSP技術與應用的硬件結構、指令系統、開發工具、程序設計、片內外設接口及應用等章節以及重點實驗內容分別制作了對應的教學視頻及相關學習資料，供學生在課前學習，同時針對每章節的重難點在課堂上設置了不同的討論主題，供學生討論和提問。實驗課則針對綜合性實驗錄制在線教學視頻，這樣的實驗課就可以落實“以學生為中心”的教學理念，鍛煉學生的動手操作能力。

通過期末測驗對“翻轉課堂”所取得的教學效果進行評估。評估結果表明，“翻轉課堂”教學模式有效提升了學生對知識點的掌握程度。

（一）基于“翻轉教學”的教學資源設計

1.理論課教學視頻錄制

（1）緒論章節的課前在線學習視頻錄制

在緒論章節，學生主要通過視頻學習建立DSP芯片的概念，同時需要了解DSP芯片的發展概況和特點、DSP芯片的分類、DSP芯片的應用及發展趨勢等知識。此外，學生還應該通過視頻學習了解DSP系統的構成、DSP系統的設計特點和設計過程等知識。需要學生掌握和記憶的知識點較多。其中，重點需要視頻講解的知識是哈佛結構及馮諾依曼結構的對比。其中哈佛結構是DSP芯片的關鍵知識點，對了解后續的流水線結構有非常大的幫助，應該重點講解。此外，DSP現有產品簡介也是重要的知識點之一，有助于學生以后在工程實踐中選擇合適的芯片型號。

（2）硬件結構章節的課前在線學習視頻錄制

在硬件結構章節，學生主要通過學習了解C54x的基本結構、外部特性和主要引腳、內部總線結構、中央處理器、存儲空間結構和片內外設電路相關的知識。在以上知識點中，視頻講解需要重點關注的知識點是C54x的內部總線結構。由于C54x內部總線數量眾多，學生對不同總線的功能很容易混淆，視頻講解過程中就需要輔以相關練習，幫助學生理解并掌握8組總線的功能和區別。在講解過程中最好結合流水線運算這一知識點來講解總線功能，這樣學生能夠同時掌握兩個知識點，從而達到舉一反三的效果[3]。

（3）指令系統章節的課前在線學習視頻錄制

在指令系統章節，學生需要掌握立即尋址、絕對尋址、累加器尋址、直接尋址、間接尋址、存儲器映像寄存器尋址和堆棧尋址七種尋址方式，同時需要掌握常用的數據傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令、程序控制指令、并行操作指令和重復操作指令。由于知識點眾多，視頻錄制過程中不可能一一介紹。此外，盡管學生對C語言的二十幾條指令已經相當熟悉，但是在短短一章的教學時間內熟練掌握兩百多條DSP指令依然非常困難。因此在錄制視頻過程中要注重主次，最好將講解重點放到七種尋址方式的區別以及實踐中的常用指令上，而對不常用的指令一帶而過。

（4）匯編語言程序設計的課前在線學習視頻錄制

在匯編語言程序設計章節，學生需要掌握匯編語言源程序格式、匯編語言中的常數與字符串、匯編源程序中的符號和表達式、堆棧和控制程序的使用方法等知識點。學生還需要掌握常用算術運算程序的編寫，如加、減、乘、除運算等。對之前編程基礎較弱的學生來說，直接編寫匯編程序會比較困難。在本章在線學習視頻的錄制中，需要充分考慮這部分學生的學習需求，將重點放在已有程序的講解上。對部分編程基礎較好的學生，可以鼓勵編寫較難的程序以實現更進一步學習，如用C54x實現簡單的計算器功能。

2.實驗課視頻資源錄制

以往的實驗課，教師在課堂上需要花費20分鐘到半個小時的時間來講解本次實驗流程、試驗方法、實驗報告格式等內容，大大壓縮了學生實際實驗操作時間。在“翻轉課堂”模式下的實驗課中，以上內容均可通過學生在線觀看實驗講解視頻，在上實驗課之前自行了解。這樣，實驗課上的時間可以為學生充分利用，同時也延長了學生和教師交流實驗內容及教師解答實驗操作問題的時間，提高了實驗課效率。

（1）FIR濾波器實現實驗的在線學習視頻錄制

在FIR濾波器實現實驗中，重點需要講解濾波器的參數如何算出。在視頻錄制過程中，最好先帶領學生復習一下數字信號處理中濾波器設計章節的相關知識點，重點講授不同窗函數條件下高通、低通、帶通濾波器的設計流程以及相應的MATLAB語言實現過程。由于部分學生MATLAB語言基礎相對弱，需要重點講解MATLAB相關指令參數以及圖形輸出的含義。在匯編語言編程實現過程中，重點講授線性緩沖區和循環緩沖區的區別及聯系，防止學生混淆兩種實現方式[4]。

（2）IIR濾波器實現實驗的在線學習視頻錄制

在IIR濾波器的實現過程中，學生往往對數字信號處理中的二階和高階IIR濾波器結構不夠熟悉，對直接型、標準型和變換型IIR濾波器結構區分不清。針對這一問題，在線學習視頻錄制過程中，首先需要帶領學生復習數字信號處理課程中的相關知識點，分清不同濾波器結構的差異，再帶領學生復習巴特沃茲、切比雪夫和橢圓濾波器的區別。只有掌握了相關的知識點，學生才能夠熟練運用匯編語言實現相應的濾波器設計。

（3）快速傅里葉變換實驗的在線學習視頻錄制

在FFT實驗過程中，以往許多學生對于基本的蝶算概念掌握不牢，致使編程實現過程中出現許多基礎性錯誤。針對這一問題，在線學習視頻錄制過程中需要重點講解FFT的實現原理。此外，程序空間和數據空間的結構也是視頻講解中重點需要介紹的問題。

（二）“翻轉課堂”課堂教學設計

結合“翻轉課堂”的教學模式和DSP的課程特點，規劃教學過程。其中主要分為兩部分：課前和課中。課前教師通過在線平臺發布學習要求及相應的學習資料、學生自學、在線討論。課中教師依托學習任務及學生自學情況進行針對性講解，學生完成課堂練習或實驗任務，展示結果，教師進行點評

（三）“翻轉課堂”教學評價設計

根據“翻轉課堂”的教學模式，新的評價摒棄原有的考試評價模式，采用“過程考核”的方式進行教學評價，通過這一方法，更加調動學生的主觀能動性，激發學習熱情。“過程評價”采用對學生學習過程及呈現作品的教師綜合評價，學生互評，自評的加權綜合的方式。在課程結束后，對學生進行問卷調查及訪談，從學生的角度更加全面地評價教學效果，對這一課程的“翻轉課堂”做進一步完善。

四、結語

“翻轉課堂”已被大量案例證明是一種有效的教學模式。本文對使用“翻轉課堂”這一新模式對農業工程專業的DSP技術與應用的教學進行了一些探索，針對不同講授和實驗章節設計錄制了不同的在線學習視頻，在教學實踐中以學生為中心，最后通過過程評價對“翻轉課堂”所取得的教學效果進行評估。評估結果表明，“翻轉課堂”教學模式有效提升了學生對知識點的掌握程度及動手操作能力，有利于學生工作后，把DSP技術應用在各種實踐中，把該技術更好地應用于農業工程自動化的實踐中。

參考文獻：

[1]何麗玲.翻轉課堂在我國高校應用述評[J].高教論壇，2018（6）：72-75.

[2]程義軍，樓國紅.基于微課翻轉課堂的DSP實驗教學的研究[J].西部素質教育，2017，3（15）：169-170.

[3]喬倩，張存喜，劉娟意，等.基于翻轉課堂的“DSP原理及應用”教學改革淺嘗[J].山東工業技術，2018（22）：219，236.

編輯 武生智