以實(shí)踐為導(dǎo)向探索《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

王子赟

摘要：《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，是一門較難掌握的專業(yè)課程。本文從理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)命題、實(shí)驗(yàn)方式、量化考核、課時(shí)安排以及師資力量等六個(gè)維度，思考了當(dāng)前DSP課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題和困境，有針對(duì)性的提出了解決DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)效果不佳的若干思路，并已經(jīng)在江南大學(xué)自動(dòng)化系的《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)環(huán)節(jié)中得到了應(yīng)用，取得了顯著的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：DSP；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐導(dǎo)向；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）06-0265-03

一、引言

《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》是當(dāng)前我國(guó)各高校自動(dòng)化專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)課。以江南大學(xué)開(kāi)設(shè)的該課程為例，教學(xué)中以TMS320LF240X模塊的原理和應(yīng)用為主線，通過(guò)介紹DSP模塊和外設(shè)的基本原理，同時(shí)列舉相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，從而達(dá)到讓學(xué)生基本掌握DSP開(kāi)發(fā)編程能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)系統(tǒng)的教學(xué)目的。一般而言，在學(xué)習(xí)《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》這門課程之前，學(xué)生需要掌握《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《微機(jī)原理》、《數(shù)字信號(hào)處理》和《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》等多門專業(yè)課，因此《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程一般都針對(duì)大四的學(xué)生開(kāi)設(shè)。江南大學(xué)開(kāi)設(shè)《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程，一共安排了40個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)環(huán)節(jié)24學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)16學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)偏少。在這么有限的學(xué)時(shí)內(nèi)要求學(xué)生基本掌握DSP的開(kāi)發(fā)編程能力，這對(duì)教師的教學(xué)水平要求較高。因此，從實(shí)踐環(huán)節(jié)角度思考這門課的教學(xué)改革問(wèn)題，合理安排實(shí)踐環(huán)節(jié)的題目，調(diào)整實(shí)踐環(huán)節(jié)中的教學(xué)方式，往往會(huì)起到事半功倍的效果。

本文從實(shí)踐環(huán)節(jié)入手，從面向項(xiàng)目、靈活選題、以賽代練、綜合考核、課題銜接、隊(duì)伍建設(shè)等六個(gè)方面，探討《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程改革方案，以期達(dá)到真正鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、提高課程教學(xué)質(zhì)量的目的。

二、DSP課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

DSP技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)應(yīng)用廣泛，當(dāng)前高校針對(duì)本課程的教學(xué)也主要面向?qū)嵺`領(lǐng)域。然而，經(jīng)過(guò)一定的課時(shí)學(xué)習(xí)，學(xué)生們普遍對(duì)DSP這門課的掌握并不深入，實(shí)驗(yàn)操作水平也沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。下面，本文將從理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)命題、實(shí)驗(yàn)方式、量化考核、學(xué)習(xí)階段以及師資力量這六個(gè)角度，分析當(dāng)前DSP課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的主要問(wèn)題。

1.理論基礎(chǔ)較弱。當(dāng)前高校對(duì)DSP課程的教學(xué)基本上都是先進(jìn)行理論教學(xué)環(huán)節(jié)，理論教學(xué)結(jié)束后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作。然而，學(xué)生對(duì)書(shū)本的知識(shí)并不能完全掌握，尤其是一些基本的指令，往往聽(tīng)教師課堂上講授之后，沒(méi)有及時(shí)的熟悉，甚至對(duì)PWM波形產(chǎn)生方式、計(jì)數(shù)方式以及占空比設(shè)置等基本的知識(shí)點(diǎn)都掌握不了，談何實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)呢？目前，大多數(shù)的教學(xué)改革均完全著力于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的思考，卻忽視了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的吸收?？梢哉f(shuō)，理論基礎(chǔ)過(guò)于薄弱，是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)達(dá)不到預(yù)期效果的根源。

2.實(shí)驗(yàn)命題守舊。各高校針對(duì)DSP這門課程都準(zhǔn)備了一些實(shí)驗(yàn)題目，例如觀測(cè)PWM波形并調(diào)整其占空比、練習(xí)使用鍵盤并觀察AD口的輸出、采用DSP獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速等，而這些題目往往都沿用了數(shù)年甚至更久。學(xué)生們?cè)谡{(diào)試程序不出結(jié)果的時(shí)候，就會(huì)在往屆學(xué)生建立的文件夾中搜尋已有的程序，盡管調(diào)出了正確的結(jié)果，學(xué)生們卻不知其所以然。課堂上傳授的知識(shí)點(diǎn)很多，但卻很少體現(xiàn)在這些題目中，考察的范圍也很少。這樣一來(lái)，每一屆學(xué)生學(xué)到的東西都不多，掌握的也都不扎實(shí)，毫無(wú)創(chuàng)新可言。

3.實(shí)驗(yàn)方式單調(diào)。DSP實(shí)驗(yàn)講求的是動(dòng)手能力，目前開(kāi)設(shè)DSP課程的高校都采用集體教學(xué)的方式，即在固定的時(shí)間采取分組實(shí)驗(yàn)的方式，讓學(xué)生們做規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。部分高校在分組的基礎(chǔ)上，也采用了MOOC教學(xué)的方式，讓每個(gè)組分別講述自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，闡述自己是如何完成的，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題同時(shí)又是如何解決的。盡管實(shí)驗(yàn)方式力求多樣，但是往往每個(gè)組只有1位同學(xué)真正的鍛煉了動(dòng)手能力，其他的組員則在旁觀?？梢哉f(shuō)，單調(diào)的實(shí)驗(yàn)方式讓學(xué)生們?nèi)狈σ环N競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，沒(méi)有真正的激發(fā)學(xué)生的積極性和參與的熱情。

4.量化考核缺失。在日常的教學(xué)環(huán)節(jié)中，任課教師都會(huì)給每位同學(xué)打出一定的實(shí)驗(yàn)成績(jī)并計(jì)入總分。一般而言，實(shí)驗(yàn)成績(jī)來(lái)源于以下三個(gè)方面：學(xué)生的出勤情況、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及學(xué)生的個(gè)人表現(xiàn)。然而大多數(shù)學(xué)生的自覺(jué)性有待提高，替別人簽到的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，出勤分?jǐn)?shù)可信度并不高；實(shí)驗(yàn)報(bào)告往往也是千篇一律，許多學(xué)生都是將書(shū)本上的一些基本知識(shí)和示例程序提交上來(lái)，即使在個(gè)人編程環(huán)節(jié)有錯(cuò)誤，錯(cuò)的往往也是一樣，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分也有待商榷；至于實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，每個(gè)同學(xué)的表現(xiàn)不一，任課教師很少會(huì)關(guān)注到每位同學(xué)，更多時(shí)候只是注意到那些專注于實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，忽略了大多數(shù)的組員，給分難免會(huì)隨意。因此，量化考核環(huán)節(jié)看似有效，實(shí)則失察。

5.學(xué)習(xí)階段較短。DSP課程的學(xué)習(xí)并非一朝一夕，僅靠40學(xué)時(shí)掌握基礎(chǔ)知識(shí)是比較困難的，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中也難免會(huì)出現(xiàn)不同程度的疏漏。大多數(shù)的學(xué)生在學(xué)完這門課之后，都選擇“馬放南山”。作為一門極為強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力的課程，DSP課程學(xué)習(xí)的精髓在于日常的程序訓(xùn)練和實(shí)踐操作。當(dāng)前課堂學(xué)習(xí)效果不佳的情況下，重視學(xué)習(xí)階段的延續(xù)也迫在眉睫。

6.師資力量薄弱。各高校開(kāi)設(shè)《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》這門課的初衷，主要是為全社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才。因此，開(kāi)設(shè)該課程的教師不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要有很強(qiáng)的工程專業(yè)背景和實(shí)踐操作能力。然而，當(dāng)前高校承擔(dān)該課程的教師普遍缺乏工程專業(yè)背景，盡管實(shí)驗(yàn)教師對(duì)固有的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)了如指掌，可是一旦脫離了實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)學(xué)生們提出的問(wèn)題往往就束手無(wú)策了。舉個(gè)例子，在講述DSP在交流電機(jī)調(diào)速控制這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)候，教師往往從SPWM和SVPWM兩種角度討論DSP在電機(jī)調(diào)速方面的應(yīng)用，分析程序的不同點(diǎn)，包括事件管理器的使用、寄存器的設(shè)置等，進(jìn)而再布置一些思考題讓學(xué)生們掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。可是當(dāng)學(xué)有余力的學(xué)生提出一些工程性的問(wèn)題，比如說(shuō)在實(shí)際工程中是否會(huì)使用SVPWM原理進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，使用的過(guò)程中在寄存器的設(shè)置方面還需要注意哪些地方，這時(shí)候一些工程背景不強(qiáng)的教師往往會(huì)被問(wèn)的啞口無(wú)言，這也凸顯出當(dāng)前該課程師資力量的薄弱。

三、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的對(duì)策

當(dāng)前DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，作為該課程的任課教師，我認(rèn)為應(yīng)該樹(shù)立以實(shí)踐為導(dǎo)向的觀念，從多角度思考實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施，通過(guò)多種渠道改變當(dāng)前DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，從而達(dá)到為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的目的。綜合起來(lái)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的對(duì)策有以下六個(gè)方面。

1.夯實(shí)理論教學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》需要具備一定的課程基礎(chǔ)。從課程教學(xué)的角度，首先應(yīng)該考慮大多數(shù)學(xué)生對(duì)DSP課程的熟悉程度，先選擇較為入門的DSP芯片作為教學(xué)對(duì)象；其次，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡量引入單片機(jī)的課程知識(shí)，讓學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)DSP課程時(shí)熟悉先導(dǎo)課程的內(nèi)容；最后，授課重點(diǎn)要明確，確立以“事件管理器”為教學(xué)核心的教學(xué)計(jì)劃，合理分配各章教學(xué)時(shí)間。

2.合理分類實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程的重中之重，也是考核學(xué)生掌握本課程知識(shí)程度的重要依據(jù)。首先，有條件的院校可以聘任高年級(jí)的研究生助教幫助實(shí)驗(yàn)教師分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)，更新實(shí)驗(yàn)命題；其次，實(shí)驗(yàn)命題的來(lái)源應(yīng)當(dāng)多元化，可以將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程等兩個(gè)子環(huán)節(jié)。其中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程重在考核學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的掌握能力，目的在于了解TMS320LF2407的事件管理模塊、中斷、比較器以及掌握TMS320LF2407實(shí)現(xiàn)PWM輸出的基本方法等基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)可以安排學(xué)生自主選題，結(jié)合各高校、院系的應(yīng)用研究重點(diǎn)開(kāi)設(shè)不同的小課題，給學(xué)生多種選擇。江南大學(xué)是一所面向輕工業(yè)的高等院校，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)中，我們提供給學(xué)生的小課題都是以輕工業(yè)為背景，例如開(kāi)設(shè)的“基于DSP的發(fā)酵罐溫度控制系統(tǒng)”等課題，采用DSP芯片，分配硬件模塊和外圍電路，鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的知識(shí)應(yīng)用能力。

3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分組。在分類實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的固定分組現(xiàn)象也可以得到一定程度的改觀。原本3—5人的小團(tuán)隊(duì)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題下，將進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)容，兩個(gè)小團(tuán)隊(duì)可以整合成一個(gè)課題組，組長(zhǎng)進(jìn)行明確的課題分工，每個(gè)成員各司其職，不需要擠在一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)桌前無(wú)所事事，而是在實(shí)驗(yàn)室提供的器材基礎(chǔ)上，高效的解決預(yù)設(shè)子課題的任務(wù)。

4.綜合評(píng)分有依有據(jù)。每個(gè)同學(xué)的分?jǐn)?shù)都包括課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)兩個(gè)方面，適當(dāng)增大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的比例，體現(xiàn)DSP專業(yè)課程在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上的重要性，同時(shí)設(shè)定一個(gè)合理的權(quán)重。例如江南大學(xué)采用“基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容+創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)打分模式，兩者比例為7∶3，較以往更加側(cè)重創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分，提高了同學(xué)們自主選題和完成設(shè)計(jì)的積極性，也有效的篩選出課程學(xué)習(xí)更扎實(shí)的同學(xué)。

5.適當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)課時(shí)。高校任何一門課的學(xué)習(xí)，都不能僅僅通過(guò)課堂教學(xué)達(dá)到全部的教學(xué)目的，DSP作為一門基于芯片的教學(xué)課程更是如此。目前來(lái)看，學(xué)生對(duì)40學(xué)時(shí)的教學(xué)時(shí)間長(zhǎng)度普遍表示偏少。作為任課教師，我也覺(jué)得通過(guò)16個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，僅僅能夠讓一小部分同學(xué)了解到器件的一些基本性能，熟悉CCS軟件操作而已，不能夠很好的應(yīng)用DSP芯片解決自動(dòng)化專業(yè)面臨的實(shí)際問(wèn)題，例如嘗試控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，完成控制系統(tǒng)的搭建，等等，這些具有較高實(shí)驗(yàn)要求的內(nèi)容都無(wú)法完成。因此，適當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，寓教學(xué)于實(shí)踐，有利于我們?nèi)握n教師更及時(shí)的掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

6.引入企業(yè)工程教學(xué)。針對(duì)當(dāng)前教學(xué)人員普遍脫離工廠實(shí)際，僅僅是圍繞書(shū)本內(nèi)容教授學(xué)生的問(wèn)題，本文認(rèn)為眼下DSP芯片的應(yīng)用越發(fā)廣泛，企業(yè)研發(fā)部門也越發(fā)重視引進(jìn)具有工程素質(zhì)的大學(xué)生，何不聘請(qǐng)一些具有高水平的企業(yè)工程師作為兼職實(shí)驗(yàn)員，這樣在設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)候，能夠更加緊貼工程和研發(fā)實(shí)際，既能夠讓學(xué)生靈活運(yùn)用DSP芯片，熟悉課本中的基本知識(shí)，還能夠更深入的了解當(dāng)前企業(yè)對(duì)這一類人才的需求情況和研究方向，提高大學(xué)生在就業(yè)環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的困境，從理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)命題、實(shí)驗(yàn)方式、量化考核、學(xué)習(xí)階段以及師資力量等不同的角度，分析了課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題的根源，有針對(duì)性的提出了夯實(shí)理論教學(xué)基礎(chǔ)、合理分類實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分組、規(guī)范綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、適當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)課時(shí)、引入企業(yè)工程教學(xué)等六個(gè)實(shí)驗(yàn)教改思路，并已經(jīng)開(kāi)始在江南大學(xué)自動(dòng)化系的《DSP原理技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)改革中實(shí)施，取得了較為明顯的教改效果。

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