應用型人才培養模式下《DSP技術》實驗教學研究和改進

李瑤 胡學友

摘要：《DSP技術》是電子信息專業具有很強工程應用性的專業課程，其實驗教學環節的重要性尤為明顯。本文根據應用型人才培養目標，分析了DSP技術實驗教學的現狀和存在的一些問題，提出了一系列針對教學質量改進和應用型人才培養的措施。有效提升了教學質量，增強了學生對信號處理和DSP技術方向的學習興趣，提高了實踐應用能力。

關鍵詞：DSP技術；實驗教學；實踐應用能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）26-0278-03

一、DSP技術實驗教學的重要性

數字信號處理（Digital Signal Process，DSP）技術是利用計算機或專用設備，將信號以數字方式表達以及加工處理的技術，包含數字信號處理理論和數字信號處理器技術[1]。隨著DSP芯片的誕生和不斷升級完善，DSP技術和DSP系統在通信電子、消費電子、工業控制、信號處理等領域發揮著越來越重要的作用。DSP技術成為電子信息類專業技術人員必須掌握的基礎理論和基本技能之一。

在絕大多數高校的電子信息、通信工程、自動化等專業，《DSP技術》被設置為高年級必修課程，該課程的學習和掌握對學生的就業擇業、科研深造具有很大的影響。對于這樣一門具有較強的工程應用性的專業課程，其實驗教學環節的重要性尤為凸顯。根據社會對應用型人才的需求，工科院校尤其應當注重學生實踐能力和工程應用能力的培養[2]。高校向社會輸送的工科畢業生不僅要懂理論，更要會動手實踐，尤其要能夠將專業知識應用于實際工程問題的解決。

因此，跟隨高校應用型人才培養模式的改革步伐，需要不斷更新實驗教學內容，調整、優化課程結構，采取科學有效的教學方法和教學手段，深化產學合作，使得學生經過大量、豐富的實驗實踐教學訓練能夠掌握DSP技術的基本知識和技能，提高實踐能力和應用能力。

二、DSP技術實驗教學的現狀及分析

合肥學院《DSP技術》課程為電子信息工程專業四年級現代電子技術方向的必修課。經前期數次調整和改進，現課程總學時為80個，其中理論課48學時，實驗32學時。配備專業實驗室“DSP技術實驗室”，主要實驗設備為ICETEK-VC5416-AE教學實驗箱，實驗指導書由實驗教師及理論教師結合理論要點、實驗設備資源和實驗室條件自主編寫。分析近三屆教學過程和教學效果，筆者認為實驗課時量合理，實驗環境和實驗設備符合教學要求。但在實驗內容的安排以及教學實現過程中，尚存在一些問題，當前實驗教學質量和教學效果與教師期望仍存在一定的差距。

（一）實驗內容的安排方面

DSP技術研究數字信號處理算法及實現方法，包括數字信號處理理論與算法、數字信號處理芯片技術、數字信號處理系統設計等方面。根據應用型人才培養方案，《DSP技術》課程要求學生經過學習和實踐，掌握數字信號處理的基本理論和算法、DSP芯片的結構特點，熟悉DSP系統的平臺搭建和開發流程，熟練使用DSP開發環境和調試工具進行DSP控制和算法的編程和調試，并能夠運用于數字信號處理領域解決實際工程問題。

1.實驗項目的構成簡單。原《DSP技術》實驗課程中關于實驗項目的設置多為驗證性實驗，包括CCS入門、指示燈實驗、鍵盤實驗、外部中斷實驗、定時器實驗、液晶顯示實驗、步進電機實驗、FFT實驗等，以及少量綜合性、設計性實驗，包括模數轉換實驗、交通燈綜合控制實驗等。這樣多驗證、少綜合、少設計的實驗項目類型構成過于單一，類型比例不夠合理。且實驗項目在深度和廣度上都較為欠缺，對實際系統設計和工程應用的體現很弱，與應用型人才培養的目標存在一定的差距。

2.知識點以及能力要素重復。原《DSP技術》部分實驗項目在實驗內容和訓練目的上對其他實驗項目出現部分覆蓋和重復性驗證現象。例如數個驗證性實驗：指示燈實驗、鍵盤實驗、液晶顯示實驗等，均為DSP的I/O擴展類實驗，雖然每個實驗項目的主要內容及外設形式不同，但本質相似。另外，《DSP技術》與其他相關課程實驗能力培養也存在重復的情況。DSP技術屬高年級專業課程，前修理論課程包括C語言程序設計、單片機技術、數字信號處理、數字圖像處理等，在實踐能力訓練上包括硬件電路設計、信號處理算法分析設計、編程方法等多個方面[3-4]，在實驗教學內容中出現了與單片機技術、數字信號處理等實驗教學知識點的重復和交叉。

教學內容分析和模塊化處理的不充分，一定程度上造成了教學資源的浪費，且容易誤導學生，使學生在若干次實驗之后產生厭倦情緒，導致學習積極性降低。

（二）教學方法和教學手段的設計運用方面

目前實驗教學過程中，教師在課堂上一般首先進行簡單的原理提示，之后學生按照實驗指導書要求驗證樣例并模仿實驗。學生的學習處于被動狀態，難以主動思考并進一步做到對原理的透徹理解和應用，學習效果不明顯。另外，黑板板書、甚至PPT演示等傳統的教學手段對信息傳遞有限，顯然不能滿足工程性實驗實踐教學的需要，為學習質量的提升和能力的培養提供的支持有限。

（三）知識的應用和能力的拓展方面

由于課程開設在大學四年級，在此之前，學生在學習中極少涉及DSP技術的相關概念和知識，在第二課堂活動、專業學科競賽中，學生多運用單片機技術。而目前對DSP技術的學習多是對學生的DSP技術基本原理和基本技能的訓練，知識面較為狹窄，也未加強訓練學生對實際工程問題的分析和解決能力，未能進一步重視學生工程實踐能力和工程素質的培養。學生能力拓展嚴重不足，在考研和就業的規劃選擇上產生了較大的限制。

三、教學改進措施

（一）加強課程建設，實現實驗項目的整合優化設計

實驗內容的設計應當根據學科知識和專業能力的要求，系統性、層次化、模塊化地培養學生的實踐和創新能力，滿足學生就業、創業、升學所需的知識和素質[4]。根據《DSP技術》課程教學大綱要求和實驗教學大綱要求，結合我系電子信息工程專業課程體系設置，并評估目前實驗室環境和設備資源，對《DSP技術》實驗的項目設計進行了整合優化。

1.實驗項目合并精簡，完善實驗項目設置的系統性。遵循電子專業對DSP技術的能力培養定位，合理分布實驗項目類型，適當減少演示、驗證性實驗，主要開展綜合、設計性實驗，增強實驗項目設置的系統性；對多個在訓練目的上重復的實驗項目進行合并精簡，充分利用課堂教學學時，培養學生舉一反三的學習能力。調整后的《DSP技術》實驗項目包括開發環境使用、芯片資源運用、算法設計、應用系統設計等幾大方面，注重學生對DSP系統開發從整體到細節、從硬件設計到軟件設計、從控制功能到算法實現的認識和感受。

對于指示燈實驗、鍵盤輸入實驗、電機控制實驗等多個以學習DSP的IO空間擴展為訓練目的的驗證性實驗項目，提煉主題并明確學習目標，只選取一到兩項訓練內容（例如指示燈實驗）作為代表開展實驗。其他外設控制內容不再占用課堂教學時間，留給學生自主學習和探索。并在DSP系統綜合設計實驗、課程設計中設置相關任務體現其應用。

增大數字信號處理算法設計類實驗項目比例，并進一步設置少量DSP系統對實際語音信號、圖像信號的處理實驗和算法改進實驗，實現實驗中的課程交叉、知識綜合，拓展學生知識面，增強工程應用能力，使其畢業后能夠較快地適應信號處理相關技術崗位。

2.減少課程教學重復，突出本實驗課程的教學重點，體現課程知識交叉融合。加強和前修基礎課程、專業基礎課程教師之間的交流探討，充分了解《DSP技術》實驗所需的前修理論基礎，充分了解這些知識在理論教學和實驗實踐教學中學習的深度和廣度。分析學科、課程之間的知識交叉與融合情況，修正實驗項目中訓練要素的側重點，減少課程間教學內容的重復程度，突出本實驗課程的教學重點。

對于已在前修課程中深入學習要求熟練掌握的知識或能力，在《DSP技術》實驗中僅需做簡單原理性復習介紹，實驗主要內容和步驟中不再重復實現驗證；對于在前修課程中作為擴展內容了解的知識或者在相關實驗實踐教學中沒有重點開展的內容，在《DSP技術》實驗中將被設置進行實驗訓練，側重體現在DSP開發平臺上的實現和應用。例如，《數字信號處理》是《DSP技術》的重要前修課程和信號處理理論基礎。在《數字信號處理》課程中已對FFT快速傅里葉變換算法做了理論推導。因此，在《DSP技術》實驗中，設置的FFT算法實驗側重于CCS中FFT算法的C語言編程實現。而FIR濾波器設計原理和步驟已在《數字信號處理》理論及實驗教學中重點開展訓練，所以在《DSP技術》的FIR濾波器的信號濾波實驗中，不再贅述設計原理，而是側重于DSP系統對不同來源的信號進行濾波和結果輸出的實現過程。

（二）改進教學方法和手段，提升教學質量

1.改變傳統教學模式，啟發學生進行探究式學習。有效的實驗教學模式要求教師針對每個實驗項目特點，設計教學過程，啟發學生圍繞一定主題或問題主動思考，進行探究式學習[5]。

針對主要學習目標為鞏固原理、驗證相關知識點和結論的實驗項目，可采用問題式教學法。將實驗各環節中涉及的理論原理以問題的方式拋給學生，促使學生回顧并理解、消化理論教學內容，夯實實驗基礎；在實驗的演示示例或指導過程中故意預留一些未解決的問題或者設置一些錯誤，激發學生的好奇心，使其主動探索問題根源，找到解決問題的方法；在完成一個簡單實驗項目后，舉一反三，布置原理相近但功能有別的任務，鼓勵學生獨立思考，挑戰新難題。

針對體現較多知識點、甚至包含不同課程理論知識的實驗項目，可采用任務驅動教學法。將實驗項目設計成一個個小型的任務（或項目），學生在任務壓力驅使下，變被動接受知識為主動思考任務、查閱資料、設計解決方案、進行小組成員合理分工完成。

探究式學習有利于學生充分做好實驗前的準備，激發實驗過程中的主動思考，增強實驗完成時的成就感，能夠有效活躍課堂氣氛，提高教學質量。有助于學生自主學習能力、交流合作能力、分析解決問題能力的提升。

2.豐富教學手段，增強師生互動。根據《DSP技術》實驗教學大綱對學生獲取的知識技能的要求，對體現獨立訓練能力要素的實驗內容，教師可在課下將演示內容制作成簡短視頻，以“微課”的形式向學生展現。據此，學生在課外花較短的時間隨時學習、反復學習，課堂上就能夠較迅速地展開實驗。避免了在課堂上出現懵懂無措的情況，既節省了一定的課堂時間，又培養了學生的自學能力和主動思考能力。

在進行一階段實驗課程學習之后，以師生交流討論的形式進一步鞏固階段性學習成效。教師組織學生進行小組討論發言，陳述其對知識點的理解、在自主學習中的心得，并將對一些未解決問題的困惑反饋給教師。教師及時了解學生的學習狀態和興趣方向，對學生的發言和討論給予點評、答疑、建議，并引導學生增強對課外其他渠道獲取知識的甄別能力。

教學手段的豐富和師生互動的增強，使教師成為學習活動的設計者，學生成為學習活動的主體，師生之間形成新型的學習伙伴關系，師生共同成長，教師教學能力和學生學習能力同步提升。

3.改進、完善實驗教學考核方案。根據應用型本科院校的教學質量保障體系建設，應當多角度、多形式地體現教學質量的監控、課程學習的考核和教學效果的評價內容。改進以往《DSP技術》實驗課程采取的“考勤+實驗報告”的手段單一的考核打分方式，將實驗考核內容擴展為“考勤+課堂表現+實驗結果驗收+課下學習成果”的綜合評估。課堂實驗情況直接體現課前的預習效果和現場的動手實踐能力，實驗結果的驗收包括課堂實驗結果展示和課后報告撰寫，而課下以各種手段和老師進行的討論交流互動以及對自主學習的總結體會都可以作為課下學習成果的給分依據。

多角度綜合考核辦法打破了課堂教學限制和課內教學思維模式，鼓勵和促進了學生進行課下學習和自主學習、延伸學習，這既能夠提高學生學習的積極性，同時也能夠更加公平、全面地體現學生的學習效果和綜合學習素質。

（三）提高實際應用能力，發展職業潛能

1.加強課外擴展，培養創新實踐能力。教師在實驗實踐課程的規劃中，加強DSP技術運用的擴展，不僅限于實驗課程本身，更體現于課程設計、畢業設計等其他實踐教學環節中。充分利用第二課堂平臺，引導學生在第一課堂之外多接觸和運用DSP技術相關知識，鼓勵學生突破實驗室、實驗箱硬件環境的束縛，嘗試DSP系統的自主設計，開拓創新思維，培養動手能力。

2.直面社會生產實際，培養畢業首崗勝任能力。利用地方電子信息行業資源，常態化企業調研，加強校企合作。教師要經常走出校園，走入企業，了解DSP技術的發展和應用現狀，分析行業中相關崗位對能力的需求構成要素，將有效信息反饋至課堂教學內容改革中。引進企業資源，邀請企業有豐富研發經驗的工程師和技術人員進校開展講座、擔任課程設計或者畢業設計的指導老師；引入企業課題，為學生提供機會學習DSP系統的先進設計理念，學習解決實際復雜工程問題的方法，使他們直接面對社會生產實際，培養畢業后的首崗勝任能力。

四、總結

本文結合本科高校應用型人才培養目標，針對《DSP技術》專業課程實驗教學現狀進行分析和改進，并將具體措施應用于教學實際中，使得實驗教師感受到學生的課堂積極性和參與度明顯提高了，師生互動情況良好，學生的動手能力和實驗效果得到了增強，知識面也得到了明顯拓展，在學生就業和考研問題上起到指導和參考作用。

參考文獻：

[1]Sen M.Kuo，Bob H.Lee，Wenshun Tian.數字信號處理：原理、實現及應用——基于MATLAB/Simulink與TMS320C55xx DSP的實現方法[M].第三版.王永生，王進祥，曹貝，譯.北京：清華大學出版社，2017.

[2]邢國正，江雨燕，吳超.本科院校工程應用型實踐教學管理研究[J].學理論，2015，（36）：163-164.

[3]于冬梅，韓曉新，朱成喜.“DSP技術與應用”課程中實驗教學改革研究[J].江蘇理工學院學報，2015，21（2）：116-120.

[4]唐麗麗.地方院校應用型人才培養模式視閾下實驗課程體系的改革與實踐[J].肇慶學院學報，2015，36（5）：92-96.

[5]齊雪林.淺析基于探究式學習的大學課堂教學[J].高等理科教育，2011，（1）：93-96，118.