“卓越工程師計劃”下DSP課程教學(xué)改革探討

仲偉波，葛秀梅，石 婕

(江蘇科技大學(xué) 電信學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

一、DSP課程特點及教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor，以下簡稱DSP)是專為數(shù)字信號處理設(shè)計的一種微處理器，其開發(fā)應(yīng)用已成為通信、電子等領(lǐng)域工程技術(shù)人員必備的技術(shù)，也是電子信息、電氣控制類專業(yè)的一門重要課程。

DSP較強的理論性和實踐性要求教師具備扎實的DSP理論知識、熟練的開發(fā)技能、寬闊的應(yīng)用視野和豐富的實踐經(jīng)驗。要求學(xué)生具備一定的信號處理、電子技術(shù)基礎(chǔ)知識和較高的學(xué)習(xí)熱情。要求學(xué)校提供足夠的實驗裝備和實踐機(jī)會，摒棄傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)模式。經(jīng)過對多所不同層次院校DSP類課程教學(xué)的多年跟蹤調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)目前DSP教學(xué)中存在以下共性問題:

(一)培養(yǎng)目標(biāo)不明確且與課程規(guī)劃不匹配

雖然每個院校的人才培養(yǎng)規(guī)劃和教學(xué)大綱都對DSP課程的目的和意義作了詳細(xì)描述，但其實際教學(xué)計劃與培養(yǎng)目標(biāo)并不匹配。DSP是一門綜合性較強的課程，切不可罔顧學(xué)生基礎(chǔ)而提出不切實際的目標(biāo)和要求［1］。

在實際教學(xué)中，大多數(shù)院校的DSP課程安排32個學(xué)時(一般理論教學(xué)24個學(xué)時，實驗8個學(xué)時)，要求學(xué)生掌握DSP硬件結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)匯編程序設(shè)計，熟練使用DSP常用開發(fā)、測試工具，熟悉DSP片內(nèi)外資源及其應(yīng)用等。此外，由于需要電子技術(shù)、數(shù)字信號處理等先導(dǎo)課程支持，DSP多被安排在臨近畢業(yè)的學(xué)期。短時間內(nèi)要學(xué)習(xí)、掌握大量的綜合知識和技能，師生普遍感覺難度較大。

(二)重理論，輕實踐，混淆人才培養(yǎng)的分工

受多種因素限制，目前DSP課程教學(xué)仍然重理論、輕實踐，課程考核也以理論考核為主，沒有實踐環(huán)節(jié)考核或僅以之為輔，對實踐環(huán)節(jié)重視程度不夠高。實踐環(huán)節(jié)的不足使學(xué)生感覺課程內(nèi)容枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣。雖然很多學(xué)校已意識到了實踐環(huán)節(jié)的重要性，加大了對實踐環(huán)節(jié)的投入，但受學(xué)時數(shù)、實驗室條件和教師自身經(jīng)驗與技能的制約，實踐環(huán)節(jié)多采用實驗室教學(xué)形式，以集成的DSP實驗箱為平臺，示范、驗證所學(xué)理論知識，學(xué)生照葫蘆畫瓢，對綜合實踐能力的培養(yǎng)不夠。

隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，強大的應(yīng)用需求推動著DSP技術(shù)飛速發(fā)展，DSP應(yīng)用范圍極大擴(kuò)展。如果缺乏業(yè)界支持，在人才培養(yǎng)上，院校的教學(xué)內(nèi)容與實際需求很容易脫節(jié)。此外，企業(yè)希望院校培養(yǎng)的人才能夠與其需求“無縫對接”，以減少其人才培養(yǎng)的周期和費用。隨著就業(yè)壓力的增大，部分院校和師生盲目迎合企業(yè)的這種需求，忽視了基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和基本技能的培養(yǎng)，混淆了學(xué)校和企業(yè)在人才培養(yǎng)中的分工。

二、DSP人才培養(yǎng)與“卓越工程師計劃”

目前大多數(shù)院校仍以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，強調(diào)教師傳授知識的主導(dǎo)性，對學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性重視不夠，理論與實踐脫節(jié)，考核重課本和理論，大多僅以卷面成績核定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這種教學(xué)模式和考核方式對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才非常不利。

教育部2010年啟動的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越工程師計劃”)的特點是企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才，強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。要求創(chuàng)新高校人才培養(yǎng)模式，促進(jìn)工程教育改革，全面提高我國工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。“卓越工程師計劃”遵循“行業(yè)指導(dǎo)、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，支持不同類型的高校參與，在人才培養(yǎng)類型上各有側(cè)重。參與“卓越工程師計劃”的高校和企業(yè)通過校企合作聯(lián)合培養(yǎng)人才，要充分考慮行業(yè)的多樣性和對工程型人才需求的多樣性，采取多種方式培養(yǎng)工程師后備人才［2］。

“卓越工程師計劃”的培養(yǎng)目標(biāo)要求摒棄傳統(tǒng)的“填鴨式”授課方法，立足于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，指導(dǎo)學(xué)生獨立獲取知識，優(yōu)化教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，合理利用先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備輔助教學(xué)。加強校企聯(lián)合，注重社會實踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和語言溝通能力等，培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)社會發(fā)展需要的各類型高素質(zhì)工程技術(shù)人才［3－6］。

根據(jù)對用人單位DSP應(yīng)用人才需求情況的長期跟蹤調(diào)查，以及DSP學(xué)習(xí)規(guī)律和應(yīng)用型人才培養(yǎng)特點，我們將DSP人才培養(yǎng)分為以下三個層次［7］:

(一)初級DSP開發(fā)人才

此類人才主要從事編碼、測試工作，要求掌握DSP基礎(chǔ)知識和基本概念，熟悉DSP系統(tǒng)開發(fā)步驟，能夠讀懂簡單的DSP系統(tǒng)硬件原理圖和PCB板圖，能夠使用基本的開發(fā)測試工具進(jìn)行程序編寫、調(diào)試?？蓪⑵湓O(shè)為高職院?；蛘咭话惚究圃盒９た茖I(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)重點是DSP應(yīng)用軟件的代碼編寫、測試，DSP系統(tǒng)的整體測試等，需要熟練掌握編碼、測試工具的使用，以技能培養(yǎng)為主。

(二)中級DSP開發(fā)人才

此類人才主要從事DSP應(yīng)用方案的細(xì)化和實現(xiàn)工作，要求熟練掌握DSP應(yīng)用知識，具有一定的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)能力，能夠承擔(dān)部分DSP系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)?？蓪⑵湓O(shè)為本科院校電子信息類專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。此類人才需要能夠根據(jù)需求對軟硬件設(shè)計方案進(jìn)行細(xì)化并給出具體實施方案，因此其培養(yǎng)重點是板卡設(shè)計、DSP器件選型及應(yīng)用、軟件算法優(yōu)化及實現(xiàn)等，熟練掌握設(shè)計、仿真工具的使用。

(三)專家級DSP開發(fā)人才

此類人才主要從事DSP應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計工作，要求熟練掌握DSP系統(tǒng)知識和開發(fā)流程，具有較高的硬件設(shè)計、軟件開發(fā)能力和深厚的應(yīng)用背景知識，能夠根據(jù)設(shè)計要求基本獨立完成系統(tǒng)研制、測試。一般可將其設(shè)為研究生及專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。該層次人才的培養(yǎng)需要深厚的應(yīng)用背景基礎(chǔ)，需要項目或者企業(yè)的大力支持，不是簡單的技能培養(yǎng)，更依賴于知識和經(jīng)驗的積累，是一個長期、復(fù)雜的過程。

在具體的人才培養(yǎng)過程中，要結(jié)合學(xué)生自身基礎(chǔ)、興趣、相關(guān)課程的支撐、師資力量和學(xué)校實踐環(huán)境綜合考慮，合理設(shè)置培養(yǎng)目標(biāo)和方案。當(dāng)然上述人才培養(yǎng)層次之間并無嚴(yán)格界限，并非高職高專學(xué)生就不可以被培養(yǎng)成專家級的DSP應(yīng)用人才。

三、DSP原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革思路

根據(jù)“卓越工程師計劃”的人才培養(yǎng)特點和要求，結(jié)合DSP原理與應(yīng)用課程的自身特點，我們在DSP教學(xué)中就教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實踐創(chuàng)新及課程考核等方面進(jìn)行了如下嘗試，并取得了一定成效。

(一)教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃

初級DSP人才的培養(yǎng)要側(cè)重于掌握DSP基礎(chǔ)知識、基本概念，了解DSP應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟，通過實踐訓(xùn)練培養(yǎng)其讀圖能力和熟運用DSP開發(fā)測試工具的能力，重點培養(yǎng)其程序編寫及調(diào)試能力。根據(jù)院校的行業(yè)背景和專業(yè)需求，選用合適的DSP為教學(xué)內(nèi)容，如TI的C2000或C5000系列芯片。在教學(xué)方式上，以課堂教學(xué)和實驗驗證為主，具體的課堂教學(xué)內(nèi)容包括DSP芯片結(jié)構(gòu)、硬件資源及其工作原理、指令集與匯編、DSP應(yīng)用程序開發(fā)流程及調(diào)試測試工具的運用，以案例形式學(xué)習(xí)CCS下應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)、典型信號處理算法的實現(xiàn)以及片上常用接口應(yīng)用。課時數(shù)一般為32學(xué)時，其中理論教學(xué)24學(xué)時，實驗教學(xué)8學(xué)時。

對于中級DSP應(yīng)用開發(fā)人才來說，除了要求其熟練掌握初級人才所需掌握的知識和技能外，還要通過加大實踐環(huán)節(jié)著力培養(yǎng)其DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)和軟件開發(fā)的能力，使其能夠承擔(dān)部分DSP系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)。工科院校的電子、通信類專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)可以此為目標(biāo)，因為此類專業(yè)的學(xué)生已具備一定的電子技術(shù)基礎(chǔ)和信號處理基礎(chǔ)。在具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上，除強化課堂教學(xué)外還需加大實驗教學(xué)力度，同時輔以課外大作業(yè)等形式的實踐環(huán)節(jié)，如在教師的指導(dǎo)下分組設(shè)計并實現(xiàn)一個DSP應(yīng)用系統(tǒng)，以培養(yǎng)學(xué)生的合作、創(chuàng)新能力。課堂教學(xué)內(nèi)容除DSP芯片結(jié)構(gòu)、硬件資源、指令集與匯編、程序開發(fā)測試等外，還要增加DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計，如AD/DA、人機(jī)接口器件、常用數(shù)據(jù)交換協(xié)議、常用信號處理算法設(shè)計與實現(xiàn)等。課時數(shù)一般為48學(xué)時，其中理論教學(xué)32學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時。

對于專家級DSP應(yīng)用人才來說，除了要求其具備中級人才所需具備的知識和能力以外，還要通過項目訓(xùn)練以及與相關(guān)企業(yè)合作，共同培養(yǎng)其項目開發(fā)能力，使其能夠根據(jù)設(shè)計要求基本獨立完成系統(tǒng)研制與測試。這一層次人才的培養(yǎng)沒有固定的模式，要因材施教。在具體培養(yǎng)過程中，我們根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能，充分創(chuàng)造機(jī)會讓其參與具體項目和產(chǎn)品研發(fā)的全過程。既注重學(xué)生的硬件設(shè)計開發(fā)能力，也注重其軟件開發(fā)能力，特別是根據(jù)應(yīng)用背景和需求，將行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的理論、方法融入具體DSP應(yīng)用系統(tǒng)的能力培養(yǎng)。

(二)教學(xué)方式的改革

從教育心理學(xué)的角度來說，興趣是一個人傾向于獲得某種知識的心理特征，是推動人們求知的一種內(nèi)在力量。對于DSP課程教學(xué)也是一樣。摒棄“填鴨式”教學(xué)，推行探索式教學(xué)，樹立學(xué)生的主體地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以極大地提高其學(xué)習(xí)效率。

在教學(xué)實踐中，除在介紹DSP芯片結(jié)構(gòu)、匯編基礎(chǔ)和片上資源及主要工具等基礎(chǔ)知識時采用課堂講授的方式外，其他都可以課堂討論和實驗討論的方式進(jìn)行，在教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生獨立思考并發(fā)表自己的看法，通過師生、生生間的多邊交流和互相探討來提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。這種教學(xué)模式對調(diào)動教與學(xué)雙方的積極性，啟發(fā)學(xué)生主動地、創(chuàng)造性地探究和獲取知識，提高其自主學(xué)習(xí)的能力，起著至關(guān)重要的作用。實驗室是實驗討論的主要場所，通過實時實驗來驗證所講授的理論知識，一方面使學(xué)生進(jìn)一步理解了理論知識，另一方面理論與實踐的結(jié)合也可提高教學(xué)效率與實驗效果［8，9］。

我們在本科生DSP應(yīng)用課程教學(xué)時，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，利用模塊化思想，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生逐步設(shè)計、實現(xiàn)一個基于TI 5509A DSP的硬件平臺和一系列應(yīng)用程序，取得了較好的教學(xué)效果。

具體實施過程為:在介紹了DSP芯片結(jié)構(gòu)后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行DSP最小系統(tǒng)的設(shè)計;介紹指令集和CCS的使用后，指導(dǎo)學(xué)生在最小系統(tǒng)上實現(xiàn)簡單的程序，如FFT、FIR、IIR等;介紹DSP片內(nèi)外資源時指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行存儲器擴(kuò)展，在存儲器擴(kuò)展的基礎(chǔ)上進(jìn)一步介紹DSP中程序編譯鏈接過程及編譯命令文件的編寫、系統(tǒng)啟動模式的設(shè)定等。除此之外，我們還根據(jù)學(xué)校的學(xué)科特點和行業(yè)背景，介紹了常用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如I2C、IIS等，常用的傳感器、AD/DA及其他接口器件。課程最后輔以一個綜合性的大作業(yè)，如語音去噪、變音，或是教師科研項目中的一些簡單應(yīng)用等。如此循序漸進(jìn)，理論聯(lián)系實踐，教學(xué)效果明顯。在具體實施過程中，學(xué)生自由組合，充分討論，變被動接受為主動學(xué)習(xí)，既提高了學(xué)習(xí)興趣，也增強了合作的意識和能力。

(三)項目支撐，拓寬人才培養(yǎng)視野

DSP應(yīng)用開發(fā)涉及諸多知識和技能，學(xué)校培養(yǎng)的人才與用人單位需要的目標(biāo)人才之間存在一定差異。如何盡可能地縮小這一差異，使高校培養(yǎng)的學(xué)生成為企業(yè)滿意的人才?只有鼓勵高校通過校企合作，了解企業(yè)對人才的需求，加大與企業(yè)合作培養(yǎng)人才的力度，營造校企之間良好的溝通環(huán)境，才能全面提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)一步解決這一社會普遍關(guān)注的問題。

企業(yè)實踐培訓(xùn)，主要培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識的能力和實際動手能力，使其養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)和行為習(xí)慣，這是“卓越工程師計劃”人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容和目標(biāo)。讓學(xué)生參與企業(yè)實際項目的研發(fā)過程，能使學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行充分實踐，從而能更有效地保證學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

當(dāng)然，校企合作不是一蹴而就的，也面臨各種問題，諸如學(xué)生是否適應(yīng)企業(yè)的要求，企業(yè)是否能夠真正提供人才培養(yǎng)所需要的條件等。我們在盡可能爭取合適的校企合作的同時，還積極利用學(xué)校組織的各種課外科技活動，諸如本科生、研究生創(chuàng)新項目以及各類課外科技競賽(如全國電子設(shè)計大賽、嵌入式設(shè)計競賽、TI-DSP應(yīng)用大賽)等，選拔具有一定能力的學(xué)生參與教師的科研項目，突出以項目的形式培養(yǎng)人才，提升人才的綜合素質(zhì)。

(四)靈活有效的考核方法

針對不同的培養(yǎng)目標(biāo)，DSP課程的考核辦法也應(yīng)靈活多樣，考核內(nèi)容不能單一，既要考查學(xué)生掌握所學(xué)知識、技能的情況，又要體現(xiàn)教師公信力，不恰當(dāng)、不完善、不公平的考核方式既無法客觀考察學(xué)生的實際掌握情況，又會挫傷學(xué)生的積極性，對人才培養(yǎng)、師德建設(shè)不利。

一般來講，DSP課程考核應(yīng)包括基礎(chǔ)理論知識和基本技能兩方面。具體實施中對學(xué)分少、課時短的選修課程采用平時考核與期末考試相結(jié)合的考核方法。平時考核目的在于督促學(xué)生的學(xué)習(xí)，考核內(nèi)容為以考勤、課后作業(yè)和平時實驗為主，期末考核目的是將學(xué)生掌握知識點的情況以書面形式反饋。對一般專業(yè)必修課采用平時考核、筆試和實驗考核相結(jié)合的方式，其中實驗考核的目的是考核學(xué)生的動手能力，形式為平時實驗和開放性項目，開放性項目要求學(xué)生分組討論、研究并制定解決方案，主要考核學(xué)生解決實際問題的能力和團(tuán)隊合作能力。

根據(jù)上述教改思想，我們連續(xù)多年在江蘇科技大學(xué)的碩士研究生、本科生及合作高職院校的DSP教學(xué)中進(jìn)行了教改實踐，既提高了學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，也促進(jìn)了師資力量的建設(shè)。雖然遇到許多困難，但是總體上得到了學(xué)生、教師、學(xué)校和用人單位的一致認(rèn)可。

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