DSP應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

王奇 王明偉

[內(nèi)容摘要]實(shí)踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)高素質(zhì)電子信息專(zhuān)業(yè)人才的重要環(huán)節(jié)之一。本文在對(duì)DSP實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從DSP實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討，并提出了相應(yīng)的方法和措施。

[關(guān)鍵詞]DSP應(yīng)用技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)模式

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing,DSP）技術(shù)所取代。DSP處理器作為完成實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)的首選器件而日益顯示出其重要性，越來(lái)越多的高性能電子產(chǎn)品需要借助于DSP技術(shù)快速實(shí)時(shí)地完成數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)。而今，社會(huì)對(duì)DSP技術(shù)軟硬件設(shè)計(jì)人才和應(yīng)用開(kāi)發(fā)人才的需求不斷增加，DSP人才的供需之間存在很大的缺口。目前國(guó)內(nèi)高校已廣泛開(kāi)展了DSP應(yīng)用技術(shù)課程，如何提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，一直是大家探討的課題。下面結(jié)合本人的教學(xué)實(shí)踐介紹本校在DSP應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)方面所做的嘗試。

一、DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)的開(kāi)展情況

1.課程的開(kāi)設(shè)

DSP技術(shù)的應(yīng)用人才需要熟練掌握兩方面的知識(shí)：一是數(shù)字信號(hào)處理的基本理論；二是DSP器件的應(yīng)用知識(shí)和技能。南京郵電大學(xué)在多年的辦學(xué)過(guò)程中，在通信與信息處理領(lǐng)域形成了鮮明的特色。學(xué)校注重《數(shù)字信號(hào)處理》理論課的課程建設(shè)，取得了豐碩的教學(xué)成果：《數(shù)字信號(hào)處理》被評(píng)為省優(yōu)秀課程，數(shù)字信號(hào)處理類(lèi)課程群被評(píng)為省優(yōu)秀課程群。在重視理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)校從社會(huì)需求出發(fā)，早在2000年就在研究生教學(xué)中開(kāi)設(shè)了《DSP處理器實(shí)驗(yàn)》課程。隨后，通信學(xué)院面向本科生開(kāi)設(shè)了《數(shù)字信號(hào)處理器原理與應(yīng)用》課程，系統(tǒng)介紹了TI公司TMS320C5000中檔系列產(chǎn)品的基本工作原理和應(yīng)用方法。2007年學(xué)校把DSP應(yīng)用技術(shù)列入本科生的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，開(kāi)設(shè)了《DSP課程設(shè)計(jì)》，旨在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理基本原理的能力。

2.教學(xué)反饋和教學(xué)效果

《數(shù)字信號(hào)處理器原理與應(yīng)用》開(kāi)課后的前幾個(gè)學(xué)期，學(xué)生選課不踴躍，每學(xué)期選課人數(shù)只有20人左右。另外，由于課時(shí)所限，授課內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用有脫節(jié)現(xiàn)象，尤其是實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)少，學(xué)生聽(tīng)過(guò)課后很難建立起應(yīng)用的概念。

《DSP課程設(shè)計(jì)》開(kāi)課后，我們發(fā)現(xiàn)最大的問(wèn)題是學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，大部分學(xué)生因缺少DSP處理器原理和應(yīng)用的基本知識(shí)而感到學(xué)得吃力，也有些學(xué)生雖學(xué)習(xí)過(guò)《數(shù)字信號(hào)處理》課程，但沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)《數(shù)字信號(hào)處理器原理與應(yīng)用》或單片機(jī)類(lèi)的課程，硬件知識(shí)較為缺乏。

另外學(xué)生們選課的目的也不盡相同，有的學(xué)生對(duì)DSP應(yīng)用感興趣，并有一定的基礎(chǔ)，希望進(jìn)一步提高應(yīng)用能力；有的學(xué)生硬件基礎(chǔ)較好，想通過(guò)課程設(shè)計(jì)掌握DSP的入門(mén)知識(shí)。

類(lèi)似的情況也出現(xiàn)在研究生的DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。雖然是研究生，但是由于學(xué)生的本科專(zhuān)業(yè)背景不盡相同，因此學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)目的也差別很大。我們對(duì)學(xué)生的情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)選修《數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)》的學(xué)生大致有三種情況：第一種情況是介入了導(dǎo)師的研究課題，需要使用DSP進(jìn)行項(xiàng)目研究或開(kāi)發(fā)，學(xué)生對(duì)DSP處理器比較熟悉，但他們使用的大多是高端的DSP產(chǎn)品，如 TI的C6000系列、ADI的BLACKFIN系列等，而實(shí)驗(yàn)所用的TI C5000系列實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于他們來(lái)說(shuō)直接的幫助不大。第二種情況是研究方向不涉及DSP應(yīng)用，這批學(xué)生中有一部分學(xué)生本科階段學(xué)習(xí)過(guò)DSP課程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，對(duì)DSP系統(tǒng)的組成、開(kāi)發(fā)方法、DSP片內(nèi)軟硬件資源的使用等知識(shí)會(huì)有不同程度的收獲；而另一部分學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)DSP課程，學(xué)習(xí)起來(lái)較困難，再加上認(rèn)為自己讀研期間不會(huì)用到，因而缺乏興趣。第三種情況是學(xué)生對(duì)DSP很感興趣，樂(lè)于嘗試。

由以上分析可見(jiàn)，選修D(zhuǎn)SP課程的學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和需求是不同的。因此，針對(duì)不同層次和需求的學(xué)生，如果采用統(tǒng)一的模式進(jìn)行教學(xué)就不能滿(mǎn)足學(xué)生的實(shí)際需求。

二、教學(xué)實(shí)踐中暴露出的問(wèn)題

⒈課程實(shí)踐教學(xué)體系缺乏完整性。在我們的培養(yǎng)方案中，沒(méi)有建立起一種以理論為指導(dǎo)、以課程實(shí)驗(yàn)為奠基，在創(chuàng)新性活動(dòng)中與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系。

2.原有教學(xué)模式存在以下缺點(diǎn)和不足：一是課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有很好地結(jié)合，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣；二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一，教師不能針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異，采用靈活的教學(xué)方法；三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不夠豐富；四是在以DSP應(yīng)用為內(nèi)容的課外科技活動(dòng)開(kāi)展方面是個(gè)空白，學(xué)生缺少進(jìn)一步提高的學(xué)習(xí)條件和環(huán)境。

3.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)品種單一和數(shù)量不足。實(shí)驗(yàn)課使用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有：TI公司TMS320C5402DSK板10套，ADI公司的ADSP-2191EZ-KIT Lite評(píng)估板17套，瑞泰公司的ICETEK-VC5509-A實(shí)驗(yàn)箱40套。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的配置不夠豐富，不利于進(jìn)一步開(kāi)展豐富的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。

三、教學(xué)改革的開(kāi)展情況

1.完善DSP應(yīng)用技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)體系

①改進(jìn)《DSP處理器原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，變教師講解原理為主為學(xué)生動(dòng)手操作為主，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)DSP的工作原理。②加強(qiáng)以DSP技術(shù)應(yīng)用為內(nèi)容的實(shí)踐性環(huán)節(jié)的課程建設(shè)。在軟件課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中增加DSP模塊，培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握DSP開(kāi)發(fā)軟件的使用、簡(jiǎn)單的信號(hào)處理算法的程序?qū)崿F(xiàn)及DSP準(zhǔn)操作系統(tǒng)BIOS技術(shù)的應(yīng)用等技能。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，引導(dǎo)他們進(jìn)入課程設(shè)計(jì)II環(huán)節(jié)繼續(xù)學(xué)習(xí)。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生可系統(tǒng)地掌握DSP接口技術(shù)和基于DSP處理器的實(shí)時(shí)信號(hào)處理的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生基本的工程素質(zhì)。③開(kāi)設(shè)DSP應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生DSP技術(shù)的應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生用DSP技術(shù)解決通信中的實(shí)際問(wèn)題，如調(diào)制/解調(diào)、語(yǔ)音壓縮、圖象處理等。④結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)和各類(lèi)設(shè)計(jì)競(jìng)賽鼓勵(lì)學(xué)生把DSP技術(shù)應(yīng)用在科研和技術(shù)開(kāi)發(fā)中，提高學(xué)生應(yīng)用專(zhuān)門(mén)技術(shù)解決科研中實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，貫徹分層次教學(xué)理念

從以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，統(tǒng)一的教學(xué)要求不能滿(mǎn)足不同基礎(chǔ)的學(xué)生的需求，尤其是在軟件設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)這樣的實(shí)踐性環(huán)節(jié)上，學(xué)生間能力的差異就更加明顯。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們結(jié)合學(xué)生的興趣和基礎(chǔ)，將教學(xué)目標(biāo)劃分為不同層次，根據(jù)不同層次的培養(yǎng)目標(biāo)制定相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上，充分考慮到學(xué)生的興趣和特長(zhǎng)，從軟件、硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置由淺入深、由基礎(chǔ)到綜合，注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

還根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，采用不同的教學(xué)方法。在DSP基礎(chǔ)應(yīng)用方面，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生掌握DSP處理器的基本原理、常用片內(nèi)資源的應(yīng)用方法。對(duì)于DSP算法設(shè)計(jì)，則要引導(dǎo)學(xué)生掌握從模擬信號(hào)的數(shù)字化，到DSP的數(shù)據(jù)采集方法，再到數(shù)字信號(hào)的處理，最后到將處理后的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)的完整的信號(hào)處理過(guò)程。對(duì)于DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不但要引導(dǎo)學(xué)生掌握DSP的接口技術(shù)還要引導(dǎo)學(xué)生掌握DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和技巧。

為了更好地貫徹分層次教學(xué)的理念，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)條件上加大投入，購(gòu)置了ICETEK-OMAP3530-MINI 25套，ICETEK-XDS100-KIT學(xué)習(xí)板40套，使我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能滿(mǎn)足不同的教學(xué)要求。

3.改革教學(xué)方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)創(chuàng)新

培養(yǎng)DSP技術(shù)應(yīng)用人才，除了要注重提高學(xué)生數(shù)字信號(hào)處理理論水平之外，還要注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定義問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)活動(dòng)中，我們把基本方法的傳授作為教學(xué)重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)。在對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)上更注重鼓勵(lì)學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)行為，如果學(xué)生有自己的新點(diǎn)子，即使做得還不夠完美，也會(huì)得到很好的成績(jī)。

DSP應(yīng)用技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科門(mén)類(lèi)，理論性強(qiáng)，應(yīng)用面廣。隨著技術(shù)的發(fā)展，功能更強(qiáng)大的DSP芯片不斷涌現(xiàn)，DSP應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)形式也應(yīng)不斷改進(jìn)，這樣才能培養(yǎng)出滿(mǎn)足社會(huì)需求的，有技術(shù)、有創(chuàng)新能力的合格的應(yīng)用性人才。

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（責(zé)任編輯：趙永玲）