DSP教學中科研成果轉化為教學內容的一些探索

崔　江， 姚　睿

(南京航空航天大學 自動化學院， 江蘇 南京 211106)

0　引言

目前，研究型高校的教師一般都承擔著教學和科研雙重任務。教學任務是通過課堂教學、實驗、課程設計和畢業(yè)設計等多種教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)達到既定目標的合格人才，這些人才遲早要走上社會為社會的需求服務?？蒲腥蝿湛煞譃闄M向科研和縱向科研，橫向科研以工程技術為主，主要目的是為了滿足社會的中、短期需求，而縱向科研以基礎理論為主，可認為是滿足社會或國家的長期需求[1]。

教學和科研任務兩者之間是不矛盾的，而且是相互促進的[2，3]。教學為科研提供基礎和源泉，反之，科研為教學提供內容的拓展和更新。在教學和科研并重的研究型大學中，沒有高水平的科研作為反哺，是不可能產(chǎn)生高質量教學效果的[4]。照本宣科、填鴨式的常規(guī)教學思路很難引起學生太大的學習興趣，對于學生的創(chuàng)新素質，解決未來復雜工程問題的基礎能力的培養(yǎng)也是心有余而力不足。本文以DSP課程的課堂教學和實驗教學為例，主要討論科研成果引入教學中的一些探索和做法。

1　科研成果用于DSP課堂教學

DSP是一門應用廣泛的技術，研究型高校都為其開設了相關的課程。一般而言，課程教材的內容更新速度遠遠跟不上技術發(fā)展的速度。在這種情況下，課堂教學中引入科研中的一些新成果是十分有必要的，這樣有利于拓展學生豐富的想象力，激發(fā)他們學習的興趣[5]。

以“DSP實用技術”本科生課程為例。在課程開始講述TI的C2000系列DSP時，需要先介紹一下DSP發(fā)展的歷程。常規(guī)的介紹還是比較枯燥的，學生興趣也不大。針對這個問題，我們在課堂上通過引入前期開展的一些科研項目總結，介紹其中已經(jīng)用到的TI公司C2000系列DSP(包括四種型號的DSP)在項目中發(fā)揮的核心作用，并與其他不同特點的型號進行比較，把這些內容用圖片和列表的形式在PPT課件中進行了展示和講解，重點在于強調掌握學習知識的方法，而不是重點掌握知識本身[6]。這樣的教學效果很好，不少學生下課后還專門找授課教師討論其中感興趣的問題。又比如，我們在課堂上講述TMS320F28335 DSP的GPIO內容時，引入橫向科研項目“小電流接地系統(tǒng)故障診斷”中GPIO的設計和應用例子，在這個項目設計的例子里，GPIO用于控制LED閃爍和鍵盤的輸入輸出。雖然這個例子比較簡單，但可以使得學生對于GPIO的應用有一個比較直觀和感性的認識，讓他們覺得正在學習的這些知識是有實際工程價值的，因而會更加注意聽講，有的學生受此啟發(fā)，甚至把自己正在醞釀的一些相關的科創(chuàng)思路拿來找教師討論，增加了其學習信心。

我們對本科生引入的科研成果形式一般較為簡單和基礎，但已經(jīng)在工程上得到了應用，確實是實用知識；對于研究生的理論教學課程“DSP原理與應用技術”中引入的科研成果形式則比較復雜些。例如，我們在講述DSP內帶A/D時候，把工程項目中DSP需要外擴A/D芯片的具體思路給大家進行了講解，順帶講解了工程中選擇A/D芯片的一般做法，并講解為什么有些工程產(chǎn)品中不用內帶A/D功能。這種講授方法引發(fā)了學生的興趣，也開拓了他們的學習的思路。

當然，在課堂教學引入科研成果的時機要選擇恰當，要根據(jù)學生的水平、專業(yè)層次選擇合適的內容，否則，效果可能會適得其反。

2　科研成果用于DSP實驗教學

課堂教學引入科研成果其形式主要以圖片、流程圖和框圖等實現(xiàn)，雖然有一定的直觀性，但還需要借助實驗教學彌補實踐操作上的不足。

我們的DSP實驗教學包括本科生“DSP實用技術”課程的課內實驗(每年約210人左右)，研究生公共實驗選修課程“DSP技術應用”(每年約190人左右)，研究生理論課程“DSP原理與應用技術”(每年約40人左右)課內實驗等三個實驗教學環(huán)節(jié)。在進行實驗教學的時候，需要考慮授課對象的差異，即本科生和研究生之間的背景知識和專業(yè)知識之間的差異。

本科生的實驗一般比較簡單，學時相對也較少，可以設計較為簡單的實驗，例如：GPIO實驗，A/D轉換基本實驗等。這些實驗，與常規(guī)要求的實驗比較一致，但是與常規(guī)實驗不同之處在于，引入科研成果或項目的工程背景知識之后，學生的興趣會更為顯著，實驗效果也更好，也為后續(xù)解決復雜的工程問題打下較好的知識基礎。

研究生的層次較高，且已經(jīng)具備了一定的數(shù)字信號處理知識基礎，因此，在設計實驗的時候，要考慮適當引入一些有難度的實驗。例如，我們在研究生實驗教學中，設計了具有項目背景知識的“任意周期性波形的頻率自動確定實驗”。對于博士生或具有較高要求的碩士研究生而言，設計了“基于頻譜分析的信號分類和顯示實驗”，結合這個實驗，可以在一定程度上預先鍛煉研究生的項目能力，為其后續(xù)的相關科研工作積累一定的基礎。

3　科研成果的分解和作用

我們在教學中引入科研成果的時候，并不追求完整引入一個大系統(tǒng)，這樣會顯著增加學生的負擔，也會增加教師的傳授精力，很多時候會得不償失。我們的做法是，在備課的時候如果確實需要引入科研成果，則會考慮把一項成果中的不同部分進行剝離和分解，將剝離分解后的不同部分用到不同層次的教學環(huán)節(jié)上去。

例如，我們把橫向項目“電梯限速器測試儀檢定系統(tǒng)”中基于DSP的系統(tǒng)劃分為幾個部分：GPIO部分、速度測量部分、打印機部分等。其中，GPIO部分可以用于課堂教學和實驗教學中的基礎知識，速度測量部分用于DSP外部中斷部分內容的課堂講解中，打印機部分用于串行通訊接口的課堂和實驗教學中(項目中使用的打印機是串口接口)。

又例如，我們在縱向課題“電子電路故障診斷技術研究”中的相關內容劃分為：數(shù)據(jù)采集、信號處理、故障診斷三個基本部分。其中，數(shù)據(jù)采集主要涉及可測暫態(tài)信號的高速采集，可以用于本科生和研究生的課堂和實驗教學中；信號處理主要包括數(shù)字濾波、快速傅里葉分解(FFT)和小波分析(WT)等，可以用于碩士研究生或博士研究生的教學中；故障診斷的內容較多，我們有選擇地把其中的歐式距離分析用于本科生和研究生的教學中，而其中涉及到的神經(jīng)網(wǎng)絡和機器學習技術一般用于研究生和博士生的教學中。

4　結語

科研成果在教學中的引入對于學生的高質量和高層次培養(yǎng)是大有裨益的。科研成果轉化為教學有很多形式，本文主要討論了在課堂教學與實驗教學中，把科研成果分層次、分對象引入以提高教學效果的一些具體做法。

另外，隨著目前高校專業(yè)工程教育認證的需要，學生解決復雜工程能力的培養(yǎng)是其中一個關鍵要求，而這個能力的培養(yǎng)是需要時間的，只能在教學中逐步培養(yǎng)。如何提高學生解決復雜工程問題的能力，其中，把科研成果引入課堂和實驗教學環(huán)節(jié)可認為是一個重要的途徑。

參考文獻:

[1]王廣彥. 科研成果向教學內容的轉化研究[J]. 武漢：理工高教研究, 2009, 28(4):120-123.

[2]李高升, 劉偉, 黃紀軍, 劉培國. 充分利用科研實踐經(jīng)驗提高課堂教學質量[J]. 南京：電氣電子教學學報, 2013, 35(4):5-6.

[3]龐宗強, 江兵, 戎舟, 劉瑞蘭. 科研與教學相結合的本科生培養(yǎng)模式探索[J]. 南京：電氣電子教學學報, 2016, 38(5):13-16.

[4]祁紅巖, 徐杰. 科研成果有效轉化為教學資源的研究[J]. 哈爾濱：黑龍江教育:高教研究與評估, 2016, (4):66-67.

[5]余安喜, 何志華, 杜湘瑜, 李貴林. 科研實踐進課堂教學方法與應用研究[J]. 南京：電氣電子教學學報, 2014, 36(4):59-61.

[6]閻紅燦, 張淑芬. 大學教育本質的回歸--科研轉化教學[J]. 南寧：大學教育, 2015, (9):16-17.