信息化模式在農(nóng)業(yè)工程DSP技術(shù)實踐中的應(yīng)用

周杰 王申 田敏

[摘 要]數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）當前已經(jīng)被使用在無線通信、計算機、自動控制等許多行業(yè)。為更好地完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)社會需要的工程師和科研工作者，需要對DSP技術(shù)與應(yīng)用這門課程進行創(chuàng)新實踐教學(xué)改革，著重增強學(xué)生的理論基礎(chǔ)與實踐經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]DSP技術(shù);教學(xué)改革;信息化模式;農(nóng)業(yè)工程

隨著計算機和芯片技術(shù)的快速進步，數(shù)字信號處理技術(shù)被逐步用于圖像處理、語音識別、無線通信和農(nóng)業(yè)自動控制系統(tǒng)等領(lǐng)域[1、2]。數(shù)字信號處理課程是當前本專科高等學(xué)校中電子信息工程、電氣工程及其自動化、通信工程等專業(yè)的一門本科專業(yè)選修課程[3-5]。本文以石河子大學(xué)為電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)的DSP技術(shù)與應(yīng)用為例，基于信息化模式教學(xué)的理念，通過改進的課堂與實驗教學(xué)方法，使學(xué)生了解DSP技術(shù)發(fā)展的前沿動態(tài)，掌握相關(guān)芯片結(jié)構(gòu)和原理，并能夠通過CCS平臺進行簡單編程應(yīng)用。為了改進教學(xué)效果，教學(xué)實驗室安裝了30余套CCS軟件，設(shè)計了相應(yīng)的實驗例程，并在教學(xué)方法上進行了有效改革。

信息化教學(xué)是指師生共同利用信息科技工具，在現(xiàn)代化教學(xué)理念的指導(dǎo)下完成教學(xué)過程的方法。在目前信息化模式的背景下的一種被廣泛使用的教學(xué)方法。信息化教學(xué)是在教育心理學(xué)建構(gòu)主義的基礎(chǔ)上，以學(xué)生為中心，借助于數(shù)字資源、教學(xué)情境等來主動構(gòu)建學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式針對班級不同，信息化教學(xué)對每一個學(xué)生有著針對性，計劃性，每一個學(xué)生都可以根據(jù)自己的原有水平進行知識與能力建構(gòu)[6-8]。

一、在DSP技術(shù)與應(yīng)用課程中應(yīng)用信息化教學(xué)的必要性

DSP技術(shù)與應(yīng)用課程以算法設(shè)計為核心，具有概念抽象，難度大，靈活度較高等特征。這就使得學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程的時候，需要較好的數(shù)學(xué)及編程基礎(chǔ)，但是由于理論內(nèi)容難以理解，具體數(shù)值計算煩瑣，學(xué)生很容易在接觸一段時間后失去學(xué)習(xí)興趣。DSP技術(shù)與應(yīng)用課程內(nèi)容較多，涉及軟硬件學(xué)習(xí)，開發(fā)環(huán)境的了解，基本算法及程序設(shè)計，同時作為一門時代性較強的學(xué)科，DSP技術(shù)與應(yīng)用知識更新速度較快，僅僅通過原有的課堂理論教學(xué)及課下練習(xí)，不能使學(xué)生對于該課程的內(nèi)涵達到較高的理解程度。除此之外，作為一門實踐性學(xué)科，實驗教學(xué)是形成學(xué)生關(guān)于該課程實踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于學(xué)生掌握該課程有著直接影響，同時也會影響對于時代創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[9]。在分析目前課程教學(xué)在課堂教學(xué)及實驗教學(xué)中存在的問題后，根據(jù)信息化模式的指導(dǎo)，探索改革教學(xué)方法，加深學(xué)生對于學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解及鞏固，提高課程教學(xué)的有效性。

（一）解決教學(xué)難點

與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，信息化模式教學(xué)有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。這種教學(xué)模式通過使用多媒體工具營造直觀的教學(xué)環(huán)境，真實描述教學(xué)難點，有利于加強教學(xué)效果，加深學(xué)生理解，在學(xué)生原有知識結(jié)構(gòu)上構(gòu)建完善新的知識網(wǎng)絡(luò)體系。除此之外，這種教學(xué)模式還可以提高學(xué)生的自學(xué)意識及能力，在枯燥的理論教學(xué)中增加趣味性，也有利于形成良好的師生互動模式。

（二）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)心理學(xué)的觀點認為，興趣可以驅(qū)動學(xué)生主動進行學(xué)習(xí)，即“興趣是最好的老師”，學(xué)生對于所學(xué)內(nèi)容的興趣可以轉(zhuǎn)化為強烈的學(xué)習(xí)動力，在提高學(xué)習(xí)主動性的同時對于學(xué)習(xí)效率也有很大的提升作用[9、10]。在信息化模式下進行教學(xué)，對學(xué)生有針對性地進行知識傳授，有著強烈的計劃性及目的性。支持學(xué)生積極參與課堂話題討論，對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不太理想的學(xué)生，趣味性更有利于引導(dǎo)學(xué)生快速進入課堂情境，達到最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

二、信息化教學(xué)模式的方法

（一）課堂教學(xué)改革

結(jié)合石河子大學(xué)的軟硬件條件，課堂教學(xué)改革主要從以下幾個方面進行：

1.講授方式的改革

DSP技術(shù)與應(yīng)用課程內(nèi)容大多涉及硬件結(jié)構(gòu)，對學(xué)生數(shù)模電等知識背景有要求，部分內(nèi)容為基于CCS平臺的匯編語言編程，部分學(xué)生感覺學(xué)習(xí)過程較為枯燥，基礎(chǔ)不太好的學(xué)生會因為跟不上學(xué)習(xí)進度，失去學(xué)習(xí)興趣。為了顧及每一個學(xué)生，增強學(xué)習(xí)過程的趣味性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在講授過程中添加了大量各種類型的DSP應(yīng)用于實際工程的實踐案例，讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)DSP技術(shù)能夠用于今后的工作實踐，在增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力的同時，也提升了學(xué)生對課本知識點內(nèi)容的理解水平。此外，為了提升和鞏固課堂學(xué)習(xí)效果，布置了相應(yīng)的課堂練習(xí)題，使學(xué)生通過聽、學(xué)、練的過程加深對知識的理解。

2.在線教學(xué)方式的改革

由于課時設(shè)置安排不合理，課堂教學(xué)時間有限，部分學(xué)生在90分鐘的課堂教學(xué)過程中不能充分理解老師所講的教學(xué)內(nèi)容，想通過課余時間觀看教學(xué)視頻對課堂教學(xué)內(nèi)容進行進一步的深入學(xué)習(xí)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源不能充分滿足學(xué)生的在線學(xué)習(xí)需求。在信息化模式的指導(dǎo)下，使用多媒體教學(xué)工具，精心設(shè)計制作教學(xué)視頻，可針對課堂上對學(xué)生難以理解掌握的知識點，使學(xué)生能夠在課后點擊視頻觀看，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況反復(fù)學(xué)習(xí)，以加強學(xué)習(xí)效果。同時，配合視頻給出相應(yīng)的在線測試題，讓學(xué)生在觀看完某部分視頻講解后，可以及時完成相應(yīng)的練習(xí)，并給出詳細解答。如果測試結(jié)果不理想或者學(xué)生對于知識點仍然存在疑惑，學(xué)生可以選擇反復(fù)觀看視頻或者求助教師和同學(xué)。這樣，學(xué)生通過學(xué)習(xí)—練習(xí)—再學(xué)習(xí)—再練習(xí)的循環(huán)過程對學(xué)習(xí)進行了有效的深化與鞏固。

3.課堂作業(yè)的改革

DSP技術(shù)與應(yīng)用課程需要學(xué)生掌握的理論知識點較多，部分內(nèi)容較為抽象，學(xué)生普遍反映記憶起來比較困難。例如，DSP芯片的管腳結(jié)構(gòu)、不同標志位的含義等知識點。由于在工程實踐中，大量此類知識點應(yīng)用可以憑借查閱手冊和互聯(lián)網(wǎng)查詢的方式便捷獲取，對于這些知識點的死記硬背也無法有效提升學(xué)生的實踐能力。因此，在教學(xué)改革中結(jié)合這一課程特點，將大量需要記憶的知識點從考試內(nèi)容提前到課堂練習(xí)和課后作業(yè)中，將考試的考察重點放到具有邏輯關(guān)系的知識點上，如流水線原理、哈佛結(jié)構(gòu)原理等。

（二）實驗教學(xué)改革

DSP技術(shù)與應(yīng)用作為一門應(yīng)用型學(xué)科，應(yīng)該注重理論與實踐相結(jié)合，尤其強調(diào)學(xué)生的動手操作能力。如果學(xué)生對于理論知識掌握得很好，在傳統(tǒng)的紙筆測驗中可以得到較高分數(shù)，但是實踐編程、系統(tǒng)設(shè)計能力不強，工作中就很可能會出現(xiàn)“眼高手低”的現(xiàn)象，在工程實踐中可能碰到難題而無法找到相應(yīng)的辦法進行解決。為了確實鍛煉學(xué)生的動手能力，在原有實驗項目上，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容改革了試驗方法，具體主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.實驗項目的改革

在DSP技術(shù)與應(yīng)用的實驗過程中，不同學(xué)生編程能力及系統(tǒng)設(shè)計水平千差萬別。以匯編語言實現(xiàn)四則運算實驗為例，基礎(chǔ)好的學(xué)生半個小時左右就能夠完成，并且在此過程中體現(xiàn)出較好的操作能力，取得較好的實驗結(jié)果。而部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生在90分鐘的實驗課時間內(nèi)無法完成所有的實驗項目。因此根據(jù)這一情況，在實驗教學(xué)過程中，把實驗項目設(shè)置為必做和選做，對實驗項目進行分層，不同編程能力的學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇不同的實驗項目。例如，編程能力較強的學(xué)生可以在完成基本的加減乘除所有項目之后，選做浮點數(shù)的算術(shù)運算，而編程能力一般的學(xué)生只需要完成加減法項目即可。除此之外，在必做實驗項目之外，設(shè)置一些趣味性的選做項目，比如花樣流水燈設(shè)計實驗。

2.實驗分數(shù)考核的改革

在原有的實驗課程中，由于所有學(xué)生實驗項目均相同，學(xué)生的實驗分數(shù)主要以完成實驗所需的時間為依據(jù)來決定，相對來說比較單一，不能體現(xiàn)全面評價的思想。比如最先給出正確實驗結(jié)果的學(xué)生，其代碼質(zhì)量不一定高。以匯編語言實現(xiàn)四則運算實驗為例，部分學(xué)生雖然能夠迅速完成編程，也能按照教材中給出的部分數(shù)字得出正確的運算結(jié)果，但其所編程序未考慮到進借位、最大數(shù)值溢出等特殊情況。而有些學(xué)生雖然完成速度較慢，但代碼全面考慮了各種邊界運行情況，且注釋全面。因此，在實驗分數(shù)給出方面，應(yīng)綜合參考代碼質(zhì)量和完成速度，以代碼質(zhì)量為主，完成速度為輔。通過考核方式的改革，引導(dǎo)學(xué)生進行高質(zhì)量的編碼，同時養(yǎng)成良好的代碼注釋習(xí)慣。

3.實驗講授方式的改革

在以往的實驗過程中，為了講明白實驗過程，通常是老師先自己操作一遍實驗項目，邊做邊完成實驗講解，學(xué)生要完成的只是模仿老師做一遍，得出同樣的實驗結(jié)果，最后老師檢查打分。這樣做的好處是學(xué)生在實驗過程中不易出錯，實驗進行得較為順利。然而，這種實驗過程與學(xué)生實際工程場景存在較大差距，難以培養(yǎng)學(xué)生理解項目及動手操作的能力。為了增強學(xué)生的實際工程能力，在部分實驗過程中采取學(xué)生閱讀實驗要求、動手編寫代碼、自行編寫測試用例、實驗互查的方法。以學(xué)生為中心，老師只是簡單引導(dǎo)學(xué)生，由學(xué)生獨立完成整個實驗過程，同時也可以讓學(xué)生互查，查找其他實驗分組學(xué)生的代碼編寫的問題，培養(yǎng)學(xué)生的實際工程能力及協(xié)作能力。

以提高學(xué)生實際能力為導(dǎo)向，從課堂教學(xué)改革和實驗教學(xué)改革兩個方面出發(fā)，對DSP技術(shù)與應(yīng)用課程理論與實踐教學(xué)改革進行了一些嘗試和探索。實踐表明，結(jié)合講授方式的改革、在線教學(xué)方式的改革、課堂作業(yè)的改革、實驗項目的改革、實驗分數(shù)考核的改革、實驗講授方式的改革，能夠有效加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強學(xué)生的實踐經(jīng)驗，提升學(xué)生在實際工程中的開發(fā)設(shè)計能力。

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[作者簡介]

周杰（1982—），男，湖南湘鄉(xiāng)人，副教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

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)與精準農(nóng)業(yè)

[作者單位]

石河子大學(xué)

（編輯：薄躍華）