“DSP技術與應用”課程中實驗教學改革研究

摘 要：“DSP技術與應用”課程是一門以算法為核心且理論性很強的課程。而“DSP技術與應用”中的實驗教學開展的好壞是決定高校能否培養出創新型人才的重要因素之一。本文從分析該課程中實驗教學的特點出發，指出了實驗教學中存在的問題。最后，針對存在的問題提出了有利于培養學生實踐能力和創新能力的改革思路。

關鍵詞：DSP課程；實驗教學改革；有效性

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：2095-7394（2015）02-0116-05

0 引言

隨著計算機技術的發展，嵌入式技術已經成為信息時代的主力軍，各大研究機構對嵌入式系統的研究風頭正勁。而越來越多的企業和公司也把嵌入式系統的研發與應用作為其發展新方向，因此，這些企業和公司亟需引進大量的與嵌入式技術相關的專門人才。數字信號處理（Digital Signal Processing，簡稱DSP）技術是嵌入式系統的重要分支之一，被廣泛地應用在電訊、遙感、計算機網絡、醫療設備、電視技術、控制理論和電力電子等領域[1]。“DSP技術與應用”課程是電氣、電子和信息類相關專業學生的必修課，也是一門以算法為核心且理論性很強的課程。“DSP技術與應用”這門課程具有算法繁多、內容抽象、難以理解等特點，如果再加上課時較少，學生僅通過較短時間的學習，也就只能達到勉強入門的程度。同時，DSP課程的開設要求是學生在學完模擬電路、數字電路、C語言、51單片機、信號與系統、通信原理等課程的前提下進行。對于電氣信息類專業的本科生來講，DSP實驗課是他們學習“DSP技術與應用”這門課程的重要組成部分。通過DSP實驗教學可以使學生直觀地認識這門課的內部規律及其應用領域。可以說，要想培養出具有綜合、設計、應用、開發等能力的學生以適應市場、企業和公司所需要的人才，改革現有的“DSP技術與應用”課程的教學方法和手段，是極其必要的[2]。因此，通過改革和完善DSP實驗教學體系，將會使學生從“重理論、輕實踐”的誤區中走出來，從而使學生所具備的實踐能力更容易適應市場的需要。

“DSP技術與應用”課程本身具有概念多、難度大、靈活度高等特點。學生在學習過程中往往由于概念抽象和數值計算繁瑣而失去學習興趣。同時，“DSP技術與應用”課程包含硬件、軟件、開發環境、應用平臺、基本算法、程序設計等內容，[3]而且DSP技術更新的速度很快，僅通過課堂的理論教學和課外作業并無法讓學生深入理解這門課的內涵與實質，其實驗教學開展的好壞直接影響著學生對這門課程的掌握程度，也是決定能否培養出創新型人才的重要因素之一。因此，在分析該課程實驗教學存在問題的基礎上，探尋改革現有教學方法和模式，開展行之有效的實驗教學來加深學生對理論知識的鞏固和理解，對于提高該課程的教學有效性是非常有必要的。

1 DSP課程實驗教學的主要問題

長期以來，基于DSP課程在電氣電子和信息類相關專業人才培養中的重要性和特殊性，該課程的實驗教學一直在整個課程體系中倍受關注和重視。但綜觀DSP課程的實驗教學現狀，其中也不同程度地存在著一些不容忽視的問題。

1.1 師資力量匱乏

大部分高校之所以開設“DSP技術與應用”課程，主要是為了滿足高校為社會培養應用型本科人才的目標。因此，該課程中講授實驗課的教師不但需要具有扎實的理論知識，而且更要有良好的工程實踐能力。然而，現有開設這門課程的高校中，其實驗指導教師大多都有較好的理論功底，但卻缺乏工程實踐能力。比如，在FIR數字濾波器設計的實驗中，很多實驗指導教師都會為學生講解FIR數字濾波器的原理和方法，并讓學生熟悉相位FIR濾波器的特性，而學生能夠做到的最好的實驗結果無非是實現FIR數字濾波器的設計。其實，FIR濾波器不但能夠有效地處理各種期望的數字信號，而且還具有為特定頻率分量提取和信號消噪等功能。而對于沒有工程實踐的教師來說，他們基本不會在授課過程中提及到FIR濾波器在工程中的廣泛應用。

1.2 實驗條件局限

目前，各大院校的DSP實驗平臺都由專門的實驗設備生產廠家提供，但由于固定資產管理的需要和局限，現有的很多設備一般都使用了若干年。設備陳舊不說，而且實驗臺的數量也無法滿足學生的需要。隨著現代科技的迅速發展，現有的設備已經無法滿足高校培養專門人才的基本需求。實驗室的整體水平與當前社會技術要求相差很大，導致學生在校期間無法接觸到新技術、新硬件，而讓學生去掌握和操作那些先進的技術和設備更是成為空談。現有的DSP教學儀器設備都是以實驗箱的方式封裝了DSP核心電路和若干帶有擴展功能模塊[4]，導致了學生在實驗過程中，實驗箱就變成了學生理解硬件電路連接方式的“盲區”，致使學生在做實驗的過程中根本無法理解和學習到DSP硬件方面的任何知識。而實驗過程中大多都采用“教師示范、學生模仿”的形式授課，學生只能照葫蘆畫瓢，根本無法掌握實驗內涵。

1.3 實驗內容單一

“DSP技術與應用”課程具有理論性和技術性并重的鮮明特點。但是，在現在所開設的實驗教學內容中，卻無法充分體現這一特點。目前，許多高校的DSP實驗教學的內容通常都是以驗證性實驗為主，而培養學生創新能力的設計性、探索性和創新性的實驗內容很少或者根本就沒有。雖然每名學生都基本上能夠完成教學大綱中規定的實驗內容，但遠沒有達到預期的效果。學生都是根據實驗指導書中的內容進行實驗，僅僅是機械性的操作而已。即使增加了綜合性實驗，也只有少數的學生能夠完成，而大多數學生都在應付了事。“DSP技術與應用”課程中的理論教學內容很多，而實驗教學內容卻安排的很少。之所以安排較少的實驗內容是為了讓學生早點入門，從而增加學習興趣。因此，一些簡單、方便的實驗內容就出現在實驗教學中。而學生在實驗過程中，只是被動地接受和模仿，甚至于無需思考，只要盲目地按照實驗指導書中的步驟按部就班即可完成任務。實驗內容如此單一，更妄談與其它學科進行必要的交叉。顯然，這種實驗教學模式是不利于學生實踐能力和創新精神的培養的。

1.4 實驗題目陳舊

為了培養學生的操作技能和動手能力，DSP實驗教學中理想的狀態是要求所有實驗題目必須以綜合性和設計性實驗為主，每個實驗都應該涉及到DSP理論教學中所講授過的內容[5]，而現實情況卻與理想狀態相去千里。一般來講，學生對所做實驗的題目的選擇應該具有很大的自由度，只要與理論課的內容相關即可。可是，有很多實驗指導教師卻一直給出固定的題目，并提出一些簡單的實驗要求，只要學生能夠達到實驗目標就行。這樣一來，完全剝奪了學生按照自己的興趣自由選題的權利，更無法做到因材施教。現在，很多高校開設的DSP實驗教學中，為學生所布置的實驗題目極其相似甚至于相同，更不可思議的是上下幾屆的學生所做的實驗題目都基本相同，沒有更改和創新，在這種“上下屆共用實驗題目”的模式下，培養出來的學生的思維模式和知識構成也往往雷同，最終將導致DSP實驗教學改革進程無法順利推進，學生的綜合實踐能力的培養必然會受到限制。

1.5 實驗時間安排不合理

堅持理論教學與實踐教學的有機統一，是提高DSP課程實驗教學有效性的重要前提。然而，由于場地、設備、資金等問題的存在，致使DSP實驗教學與理論教學在時間上無法做到同步。而很多高校為了方便實驗室的管理，實驗指導教師在安排實驗時經常將DSP實驗安排在理論教學基本完成后的某個時間段集中開展。比如，很多時候理論課和實驗課之間的時長跨度都在一個月以上，如此長的時間間隔，勢必造成理論與實踐的嚴重脫節。同時，由于實驗設備不夠充足，班級學生要分成幾組輪流實驗，導致部分學生等待實驗的時間較長，而學生真正做實驗的有效時間卻很短，因此浪費了學生大量的時間。此外，由于部分實驗指導教師對實驗教學不夠重視。因此，不同程度地存在著為方便教學而簡化實驗過程的情況。上述這些現象都不利于學生對新知識的消化吸收。

1.6 考核機制不完善

完善的實驗考核方式能夠考核出學生對課程的掌握程度。對于“DSP技術與應用”這門課程來說，絕大部分高校的考核方式大體包括理論部分和實驗部分。理論部分大多通過閉卷考試的方式進行考核，理論部分所占的分值大概為70%-80%。實驗部分的考核大體分為三個部分：一是學生的出勤；二是學生的實驗報告的撰寫情況；三是學生在實驗過程中的個人表現。在這三個部分中，只有考核學生的出勤情況具有客觀性。而學生的實驗報告的撰寫幾乎千篇一律，甚至于還存在很嚴重的抄襲現象，最終將導致無法真正考核出學生真實的實驗水平和實踐能力。并且，參與實驗的學生的人數眾多，為數不多的指導教師很難通過客觀判斷來確定學生表現的好與差。考核制度的不完善，既壓制了實踐創新能力強的學生的積極性、主動性和創造性，又助長了在實驗過程中善于投機取巧的學生的僥幸心理。

2 提高DSP課程實驗教學有效性的對策

實驗教學應該是在先進的實驗教學理念的指導下，依托學科優勢，重點圍繞培養能為地方經濟和社會建設服務的應用型、復合型、創新型人才的要求。改革“DSP技術與應用”課程中的實驗教學，重點在于解決現有的實驗過程中所存在的問題，以便調動學生的學習積極性，培養學生的動手能力，最終目標是為了增強實踐教學的有效性。每一課程的教學改革都不是突擊任務，不可能一蹴而就。作為一個系統工程，為使學生能在DSP實驗中提高其自身的主觀能動性、自學能力和創新能力，“DSP技術與應用”課程中的實驗教學改革主要可從以下幾個方面著手：

2.1 加強師資培養力度，內外兼顧

人才是高校發展的基石。有條件的高校能夠引進在DSP技術方面有所建樹的師資力量固然理想，但是現有的很多高校卻很難引進合適的專門人才。因此，高校充分利用了現有資源，并且聘請具有DSP工程實踐經驗的工程師來為實驗指導教師做專門的講座和現場指導。再者，還通過專兼職相結合的方式，聘請有關具有豐富實踐經驗的技術人員作為該課程的外聘教師直接為學生授課，從而提高學生的學習興趣，培養學生的創新性思維，將會取得更好的教學效果。另外，在“請進來”的同時，學校也可通過“走出去”方式，積極鼓勵中青年教師通過校企合作形式到相關企業去學習和鍛煉，并參與到DSP實驗室的建設中去，提高專任實踐課教師的科研能力與創新能力。

2.2 改革實驗教學模式，新穎獨特

在教學過程中，教學形式多變必然會吸引學生的注意力、激發學生的興趣。在“DSP技術與應用”實驗課的教學過程中，實驗指導教師要充分利用了多種教學手段，致力于開發開放式的實驗課件。同時，很多高校的教師積極建設了實踐教學網站，以方便學生在做實驗前能夠充分預習和復習，變“教師講授”為主為“學生實踐”為主、變“灌輸實驗”為主為“啟發引導學生實驗”為主，從而淡化教師的主導作用與突出學生的主體作用，這一改革打破固有的傳統的實驗教學模式，彰顯了實驗過程中的因材施教的訓練目的。

現有的DSP技術的實驗平臺大多來自于TI——美國德州儀器公司。TI是世界上最知名的DSP芯片生產廠商，占有的市場份額巨大，而現有的DSP開發平臺均采用的是英文版的CCS軟件來進行編程，市場上中文的實驗教材和講義幾乎完全是從英文翻譯而來，但因為翻譯人員的學科背景的差異，導致很多翻譯過來的教材和講義晦澀難懂。面對這種情況，我們直接把英文作為教師的授課語言。盡管這樣會導致對教師素質要求的挑戰，但實踐證明，這一舉措既減少了翻譯的教材帶來的困擾，又充分地鍛煉了學生對專業英語的聽說讀寫能力，可謂事半功倍。同時，對照學生的實際情況，學校要求采用英文授課的實驗指導教師在講授實驗的過程中，盡可能使用簡單的英語詞匯和語句講授實驗內容，以便學生能很快掌握學習的重點和難點。

2.3 改革實驗教學內容，與時俱進

實驗教學內容改革的首要任務是修訂現有的實驗教學大綱和實驗指導書，保留經典的、具有代表性的實驗，加大綜合性和設計性的實驗的比重。同時，由高校中所有從事“DSP技術與應用”教學的專任教師共同根據本校的學生特點來編寫任務書形式的實驗指導書，實驗內容體現了多個層次，既要使學生能夠了解DSP技術的發展前沿，又要讓學生掌握DSP技術的發展現狀，并能讓學生對DSP技術未來的發展方向具有預見性。此外，教師積極鼓勵學生參與課堂之外的科研活動。不僅可以使學生的創造性和創新能力得以增強，而且能夠發揚學生的團隊合作精神和勇攀科學高峰的精神。教師有責任引導學生參加教師的科研課題，激勵學生與教師合作進行科學研究。同時，教師更是鼓勵學生申報國家和省里的創新創業項目。這樣一來，不但能夠讓科研和教學相互促進，還提高了學生的科學能力、鍛煉了學生的科學意志。

2.4 改革實驗題目，推陳出新

能夠培養學生創新能力的實驗選題應該按照學生學習課程的循序漸進的規律進行分層設置。也就是說，實驗指導教師把實驗選題分為基礎型、提高型、綜合型和創新型四個層次。在這四個層次中，學生可以選擇教師提供的題目，而教師更愿意鼓勵學生自主設計選題。在學生自主設計選題過程中，教師起著指導和引導的作用。因此，既增強了學生學習的主動性，又減少了選題的重復性。可謂一舉兩得。

同時，對于任何工科院校的主干課程體系來講，每兩門課程之間都或多或少地有關聯。因此，我們在編排DSP課程的實驗題目時，盡可能做到了與學生所學過的其它課程中的理論和實驗相結合的方式進行實驗設計。比如，我們將學生已經學習過的數字信號處理、單片機原理、通信原理以及Matlab軟件、Proteus軟件和Labview軟件結合起來。學生通過完成這種多門課程結合的綜合性實驗，既理解和掌握了多門相關課程之間的關聯，又提高了學生對熟練使用多種實驗工具和實驗手段的能力。還起到了溫故知新的作用。

2.5 合理安排實驗時間，自主靈活

大多數實驗都要求學生在規定的時間內完成，現有的“DSP技術與應用”課程中的實驗更是如此。再加上大多數高校的實驗設備數量不足，導致實驗時間安排非常緊湊，無法給學生預留足夠的時間進行思考和反思，因此不利于學生持續性學習。如何讓學生有充分的時間進行實驗？首先，我們建立了實驗室使用情況的網上預約平臺，有實驗需求的學生可以通過預約來進行實驗。其次，創建特定時間段全面開放的實驗室。所謂“特定時間段”是指不占用學生的上課時間，比如周末或者晚上；而“開放的實驗室”不僅僅指的是學生做實驗的時間“開放”，而且實驗設備、實驗項目和實驗室的管理模式等都處于“開放”狀態，并在實驗室開放時段安排相應的教師對學生在實驗過程中遇到的困難進行指導。而在實驗內容上，學生可以完成教師布置的實驗作業。同時，也可以選擇與自己興趣相關的實驗題目進行實驗。

2.6 改革考核方式，全面合理

改革傳統的“期末試卷決定考試成績”的考核方式。在考核內容上，力爭做到以提升理論能力為主導、以培養設計能力為目的來進行改革。在實驗考核中，將分為基礎性實驗、驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗四個部分。在這四部分中，我們采用了通過程序調試、改錯能力、完成時間和實驗報告等多方面進行綜合考查。而且，還在學生中推行了“實驗成績累加”政策。即學生如果在學校或者市里、省里乃至國家中獲得與DSP技術相關的各種競賽的名次或者獎項均可按照某一標準折算成實驗成績進行累加。這項改革既能鼓勵學生積極參加各項競賽，又能真正做到學以致用。

總之，實驗教學是高等學校培養高素質創新人才的重要途徑，也是鼓勵學生參與到科學實踐活動中的必備手段，更是激勵學生掌握新知識的必需動力。而通過“DSP技術與應用”中的實驗教學的諸項改革，我們教會了學生理論聯系實際的學習方法、提高了學生獨立自主解決問題的能力和樹立了學生嚴肅認真的科學態度。但是高校實驗教學改革是一個長期漫長的過程，時刻都在考驗著學校和教師的智慧和執行力。

參考文獻：

[1]尹唱唱，孫秀娟，趙洪亮.DSP應用系統設計實驗教學改革探索[J].實驗室科學.2014（6）：63-65.

[2]何偉，張玲，胡小平.電子技術實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索.2012（7）：135-137.

[3]梁快.基于工程教育的DSP原理及應用教學改革探索[J].電腦知識與技術.2013（7）：1 593-1 594.

[4]洪波，王秀敏，徐明彪，等.基于創新理念的DSP課程實驗教學研究[J].實驗室研究與探索.2014，33（10）：215-218.

[5]張磊，程坦.應用型本科電氣控制類DSP實驗教學研究與設計[J].內江科技.2014（2）：153-155.

Abstract：Technology and application of DSP is a strong theoretical course whose core is all kinds of algorithm.It is the one of the most important factors of cultivating innovative talents when we carry out experiment teaching of DSP well.Firstly，authors analyze the characteristics of experiment teaching and point out the existing problems in the paper.Finally，the reform thinking of cultivating practical and innovative abilities of university students is proposed.

Key words：DSP course；reformation of experiment teaching；availability

責任編輯 祁秀春