視頻技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程實(shí)踐中的應(yīng)用

王申 周杰 田敏

[摘 要]微課是近年來(lái)興起的一種使用短視頻進(jìn)行課堂教學(xué)的新型教學(xué)手段?；谖⒄n進(jìn)行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的教學(xué)探索，設(shè)計(jì)了針對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的微課教學(xué)視頻。測(cè)驗(yàn)表明，進(jìn)行微課視頻教學(xué)后，學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的掌握程度明顯提升，即微課有效提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率。

[關(guān)鍵詞]DSP技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);微課;教學(xué)改革

一、引言

《DSP技術(shù)與應(yīng)用》是電子信息工程、通信工程、電氣工程與自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生的一門(mén)專業(yè)課，系統(tǒng)地講授了數(shù)字信號(hào)處理芯片的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具、程序設(shè)計(jì)、片內(nèi)外設(shè)接口及應(yīng)用等理論知識(shí)，除此之外作為一門(mén)實(shí)踐工程性學(xué)科，還需要完成課標(biāo)要求的實(shí)驗(yàn)課程對(duì)課堂理論知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，鍛煉動(dòng)手能力[1-4]。在理論課中，需要記憶的知識(shí)點(diǎn)較多，部分學(xué)習(xí)內(nèi)容晦澀難懂，理論性太強(qiáng)，對(duì)編程及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有一些要求。采用原有的幻燈片講授的講課模式，在90分鐘的教學(xué)過(guò)程中常常出現(xiàn)學(xué)生注意力不集中、教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)掌握不牢的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)課中，因?yàn)椴糠謱W(xué)生基礎(chǔ)差，底子薄，造成對(duì)于課堂知識(shí)理解不深，相應(yīng)地導(dǎo)致不能順利地完成實(shí)驗(yàn)，最后對(duì)該課程徹底失去學(xué)習(xí)興趣[5-6]。

二、引進(jìn)微課視頻教學(xué)的必要性

1.課時(shí)有限

《DSP技術(shù)與應(yīng)用》在本科課程體系中承接C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)模電子技術(shù)、單片機(jī)原理等課程，進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理芯片及設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)本科知識(shí)體系中有著舉足輕重的作用。原有的課程在課時(shí)安排上課堂傳授只有54個(gè)學(xué)時(shí)，時(shí)間有限，很難把每章節(jié)的重難點(diǎn)講透，使學(xué)生充分理解。比如在尋址方式這一知識(shí)點(diǎn)的講解中，有限的課堂時(shí)間很難把各個(gè)尋址方式講清楚。

2.課堂教學(xué)效率低下

該課程承接學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)，主要介紹DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，匯編語(yǔ)言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)DSP技術(shù)基本的調(diào)試方法。理論性強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中很容易出現(xiàn)注意力不集中，對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)不感興趣等情況，教學(xué)效率低下。

3.實(shí)驗(yàn)安排不合理

DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果很大程度影響著學(xué)生對(duì)于DSP技術(shù)與應(yīng)用理論教學(xué)內(nèi)容的深化，學(xué)生是否掌握DSP技術(shù)的實(shí)際操作對(duì)于將來(lái)走上工作崗位起著至關(guān)重要的作用。由于課程進(jìn)度、設(shè)備等問(wèn)題的影響，DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間與對(duì)應(yīng)的理論內(nèi)容教學(xué)存在實(shí)踐上的偏差。沒(méi)有做到實(shí)驗(yàn)題目與對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的同步。比如DSP的基本四則運(yùn)算實(shí)驗(yàn)安排在第十二周，但是在理論課上這一知識(shí)是在第9周傳授，時(shí)間跨度將近一個(gè)月，使得學(xué)生遺忘部分內(nèi)容，不利學(xué)生對(duì)于這一知識(shí)點(diǎn)的消化和吸收。

微課視頻教學(xué)是近年來(lái)新興的一種教學(xué)手段。微課是指以簡(jiǎn)單精練的視頻作為表現(xiàn)方式，旨在講述課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，可被利用在教學(xué)中的視頻材料，一般還應(yīng)含有對(duì)應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，素材資料，學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)及解答等教學(xué)支持資源，形成一種凸顯主題的資源應(yīng)用[7]。

微課將課堂講授的重要知識(shí)點(diǎn)凝練成5～10分鐘的一段短視頻，富有趣味性，知識(shí)點(diǎn)凝練，在知識(shí)點(diǎn)的講授過(guò)程中能夠有效吸引學(xué)生注意力，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以在課前的預(yù)習(xí)過(guò)程中就重難點(diǎn)通過(guò)觀看視頻學(xué)習(xí)，在課堂上有針對(duì)性地提問(wèn)存在的疑惑。教師教學(xué)有針對(duì)性，極大地提高了課堂的教學(xué)效率。同時(shí)，微課教學(xué)還包括與短視頻配套的課堂練習(xí)、提問(wèn)環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)、教師點(diǎn)評(píng)環(huán)節(jié)等輔助性教學(xué)手段，能夠有效提升課堂上師生的互動(dòng)性，有效避免了填鴨式教學(xué)模式的缺點(diǎn)。這種教學(xué)方式，把學(xué)生的課堂時(shí)間無(wú)形地延長(zhǎng)，學(xué)生可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)設(shè)備學(xué)習(xí)，成功解決了課時(shí)有限的問(wèn)題。提前錄制好實(shí)驗(yàn)課程的微課，學(xué)生可以在課前觀看微課，可將要完成的實(shí)驗(yàn)流程有大致了解，在實(shí)驗(yàn)課堂上減少教師的講解時(shí)間，學(xué)生也更加容易吸收，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。

三、DSP教學(xué)改革

為了改善課堂教學(xué)質(zhì)量，提高課堂時(shí)間的利用效率，課程組基于微課的相關(guān)教育理論進(jìn)行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)探索。針對(duì)課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中每章，每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目的教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)分別設(shè)置了5～10分鐘不等的微課教學(xué)視頻。

1.針對(duì)課堂教學(xué)的微課視頻設(shè)計(jì)

（1）緒論章節(jié)的微課視頻設(shè)計(jì)

緒論章節(jié)中，重點(diǎn)介紹了DSP芯片在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的應(yīng)用，因此課堂教學(xué)的重點(diǎn)是要給學(xué)生留下DSP芯片及技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛使用的直觀印象。因?yàn)閷W(xué)生只有建立了學(xué)習(xí)DSP知識(shí)對(duì)以后的工程實(shí)踐有用的信念，認(rèn)為將來(lái)學(xué)習(xí)這門(mén)知識(shí)可以實(shí)際使用到未來(lái)工作情境及生活中，學(xué)生才會(huì)對(duì)這門(mén)學(xué)科感興趣，主動(dòng)積極地學(xué)習(xí)。針對(duì)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一段6分鐘左右的微課視頻，大致介紹了DSP技術(shù)應(yīng)用在信號(hào)處理、語(yǔ)音圖像、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)電子、家用電器等各方面的實(shí)例，并對(duì)技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行一些講解。在視頻實(shí)例中，既有目前最新型號(hào)的某品牌手機(jī)，也有對(duì)當(dāng)前最先進(jìn)的飛行器和醫(yī)療設(shè)備的介紹。DSP技術(shù)在工作場(chǎng)景中的應(yīng)用實(shí)例可以極大地豐富學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（2）硬件結(jié)構(gòu)章節(jié)的微課視頻設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)這一章是《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的一個(gè)基礎(chǔ)章節(jié)，作為一門(mén)軟硬件兼顧的學(xué)科，學(xué)生掌握好硬件結(jié)構(gòu)對(duì)于后續(xù)的程序設(shè)計(jì)將起到很大的幫助作用。然而，部分學(xué)生反映該章節(jié)需要記憶和理解的知識(shí)點(diǎn)眾多，比如C54x系列各引腳功能，內(nèi)外線中間結(jié)構(gòu)等，概念抽象，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥乏味。因此，針對(duì)這一章的重點(diǎn)問(wèn)題設(shè)計(jì)了相應(yīng)的微課視頻，通過(guò)動(dòng)畫(huà)的表現(xiàn)形式使對(duì)于學(xué)生原本枯燥的知識(shí)點(diǎn)變得易于理解和富有趣味性和動(dòng)態(tài)化。

例如，在學(xué)習(xí)C54x的8組16位總線這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，并沒(méi)有采用傳統(tǒng)的講授方法，而是用動(dòng)畫(huà)模擬了C54x芯片如何完成簡(jiǎn)單的“1+2=3”的運(yùn)算。學(xué)生通過(guò)觀看微課視頻，學(xué)習(xí)每條總線在運(yùn)算中起到的數(shù)據(jù)和地址傳遞作用，將CPU、RAM、程序空間、數(shù)據(jù)空間、程序總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線等概念逐步建立起來(lái)。在觀看完微課視頻后，立即組織分組討論，就視頻中出現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行交流，討論后每個(gè)小組派一個(gè)代表上臺(tái)講述每條總線在運(yùn)算過(guò)程中使用的先后順序，臺(tái)下的學(xué)生可以對(duì)該講述中出現(xiàn)的問(wèn)題提出糾正，同時(shí)反思自己的學(xué)習(xí)情況。在這個(gè)互動(dòng)過(guò)程中，一方面提升了學(xué)生的課堂注意力，另一方面還可以增強(qiáng)小組組員之間的交流及表達(dá)能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生感覺(jué)課堂枯燥等問(wèn)題也迎刃而解。

（3）指令系統(tǒng)章節(jié)的微課視頻設(shè)計(jì)

在指令系統(tǒng)章節(jié)中，要學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)尋址方式是理解所有指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)。部分學(xué)生反映，C54x的七種尋址方式較為接近，不容易區(qū)分和理解。針對(duì)這一問(wèn)題，制作了相應(yīng)的微課視頻，視頻中給出了立即尋址、絕對(duì)尋址、累加器尋址、直接尋址、間接尋址、存儲(chǔ)器映像寄存器尋址和堆棧尋址的動(dòng)畫(huà)講解。在動(dòng)畫(huà)中，在給出了每種尋址方式的常用指令之外，還重點(diǎn)講解了地址和操作數(shù)的區(qū)別，以及地址存儲(chǔ)的不同位置。通過(guò)微課視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生們普遍反映對(duì)于尋址方式的概念更加清晰，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解也更加容易，混淆操作數(shù)和地址的情況變少。

（4）FIR濾波器小節(jié)的微課視頻設(shè)計(jì)

FIR濾波器設(shè)計(jì)是DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，很多學(xué)生出現(xiàn)混淆區(qū)分線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法的情況。針對(duì)這一問(wèn)題，制作了相應(yīng)的微課視頻，視頻通過(guò)動(dòng)畫(huà)動(dòng)態(tài)地反映出數(shù)據(jù)的填充過(guò)程，學(xué)生可以在視頻里清晰地看到緩沖區(qū)頂部和緩沖區(qū)底部以及指針的指向。通過(guò)微課視頻對(duì)線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)化描述，學(xué)生普遍反映取數(shù)和填充的過(guò)程十分清晰易懂，線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法差別明顯，易于分辨。

（5）FFT實(shí)現(xiàn)小節(jié)的微課視頻設(shè)計(jì)

在FFT的DSP實(shí)現(xiàn)小節(jié)中，部分學(xué)生反映在數(shù)字信號(hào)處理課上學(xué)到的FFT蝶算過(guò)程已經(jīng)基本遺忘導(dǎo)致無(wú)法很好地理解這一部分，而《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課時(shí)有限，并沒(méi)有充足的時(shí)間再重新講述一遍FFT蝶算過(guò)程。針對(duì)這一問(wèn)題，制作了相應(yīng)的微課視頻，利用動(dòng)畫(huà)手段清晰的重現(xiàn)了FFT蝶算過(guò)程，學(xué)生可以在課前提前復(fù)習(xí)這一知識(shí)點(diǎn)，反復(fù)觀看，在8分鐘左右的時(shí)間內(nèi)完成了對(duì)這一重要知識(shí)點(diǎn)的回顧，為利用匯編語(yǔ)言在DSP芯片上實(shí)現(xiàn)FFT算法打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)觀看微課，學(xué)生在新的FFT的DSP實(shí)現(xiàn)這一重難點(diǎn)的學(xué)習(xí)中得心應(yīng)手，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

2.針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的微課視頻設(shè)計(jì)

（1）DSP的基本四則運(yùn)算實(shí)驗(yàn)

在DSP的基本四則運(yùn)算實(shí)驗(yàn)中，許多學(xué)生只滿足于利用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)加減乘除的功能，沒(méi)有考慮溢出、進(jìn)借位、除零等特殊情況。針對(duì)這一問(wèn)題，制作了相應(yīng)的微課視頻，詳細(xì)給出了幾種特殊情況可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在進(jìn)行試驗(yàn)和編寫(xiě)代碼前就給出了往屆學(xué)生犯過(guò)的典型錯(cuò)誤。通過(guò)觀看微課，學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量明顯提高，所犯的實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤減少，在運(yùn)算過(guò)程中基本考慮了邊界條件，也加入了相應(yīng)的注釋。

（2）IIR濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

在IIR濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，許多學(xué)生對(duì)MATLAB軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)的方法不熟悉。針對(duì)這一問(wèn)題，制作了相應(yīng)的微課視頻，給出了如何設(shè)計(jì)常用高通、低通、帶通濾波器的方法，并講解了相應(yīng)參數(shù)的意義。在觀看了微課后，學(xué)生普遍學(xué)會(huì)使用MATLAB軟件計(jì)算濾波器參數(shù)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量也有了顯著提高。

結(jié)語(yǔ)

微課是課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中一種非常有用的手段。本文通過(guò)微課進(jìn)行了《DSP技術(shù)與應(yīng)用》課程的教學(xué)探索，設(shè)計(jì)了課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的微課視頻。教學(xué)實(shí)踐表明，進(jìn)行微課學(xué)習(xí)后，學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的掌握程度明顯提升，取得了較好的教學(xué)效果。

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[作者簡(jiǎn)介]

王申（1992-），男，河南商丘人，碩士研究生，現(xiàn)就讀于石河子大學(xué)，研究方向：翻轉(zhuǎn)課堂

通信作者：田敏（1968-），男，河南商丘人，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

[作者單位]

新疆石河子大學(xué)

（編輯：梁素娟）