基于雙平臺的“系統設計與仿真課程設計”教學改革

洪波 王秀敏 單良 徐明彪 董艷燕

摘 要：文章首先對系統設計與仿真課程設計教學過程中存在的問題進行分析，結合目前DSP應用技術課程的教學現狀，提出了一種“EDA技術+DSP技術”雙平臺實驗模式的教學改革，設計了多個課程設計題目。新的教學模式不僅能增強了學生的實踐能力也培養了學生獨立思考能力，激發了學生的學習興趣和創造性。

關鍵詞：雙平臺；教學改革；DSP技術；EDA技術；

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）12-0106-03

Abstract： This paper firstly analyzes existing problems in the teaching process of system design and simulation course design， then puts forward an experiment teaching reform mode based on double-platform of DSP technology and EDA technology combined with present teaching situation of DSP course， and finally designs several course subjects. New teaching modes can develop student's practical abilities， cultivate their independent abilities and stimulate their learn interest and creativeness.

Keywords： double platform； teaching reform； DSP technology； EDA technology

引言

課程設計[1]是實踐教學環節的重要組成部分，因為它是學生進行理論聯系實際的紐帶，致力于培養學生的動手能力、分析問題及解決問題的能力，使學生從被動學習轉為主動學習，也為后續的畢業設計、科研工作奠定一定基礎。我校開設的《系統設計與仿真課程設計》是一門面向電子信息工程、通信工程專業的專業實踐課程，屬于研究設計類課程，旨在培養學生對仿真工具和各種電子技術的綜合運用能力。

目前系統設計與仿真課程設計，主要培養學生對EDA技術[2-5]和Quartus仿真工具的綜合運用能力，教學模式主要是采用項目式教學的模式。每位學生在臺式機安裝好編程軟件，即可進行程序的編寫，通過驅動程序和下載工具可以將編寫好的程序下載到EDA開發板驗證與測試。

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，而數字信號處理技術（Digital Signal Processing，簡稱DSP）是嵌入式系統的重要分支之一，被廣泛應用到電訊、計算機網絡、電視技術等多個領域當中。因此，DSP技術[5-8]與應用已經成為電子信息類高校學生必須掌握的一門重要技術。

一、《DSP應用技術》及《系統設計與仿真課程設計》教學現狀

我校面向電子信息工程、通信工程專業學生，開設了32學時的《DSP應用技術》課程?！禗SP應用技術》是一門技術性和工程性都很強的課程。通過該課程的學習，使學生掌握DSP技術及其開發應用，對提高學生創新實踐有著重要的意義。然而由于學時有限，外加DSP芯片各種外設資源寄存器繁多，操作復雜，因此教師只能簡單講解外設硬件結構原理和外設資源接口編程。學生在學習過程中是處于被動狀態的，因此常常有學生反映學習內容枯燥難懂。該課程僅有8學時的實驗教學，包含一個驗證性實驗和兩個設計性實驗，學生在實踐過程中更多的是觀察實驗結果，并未真正理解和運用知識，也不能培養分析問題、解決問題的能力，不能滿足企業單位信息化建設的用人需求。

目前我校開設的《系統設計與仿真課程設計》在開展過程中存在一些弊端，主要有下面幾個問題。1、課程設計題目少。開設的課程設計題目僅有4～5個題目。這導致多組學生同時做一個題目，常常造成抄襲現象，無法達到課程設計的真正題目。由于受到資金的限制，開發板套數受限，部分學生僅僅用開發板進行下載驗證與測試，并未考慮開發板硬件電路，忽視了學生實驗能力的培養。2、課程設計題目內容單一，與其他專業課關聯少，缺乏綜合設計能力的培養。大多數設計題目僅僅依賴于EDA技術知識本身，導致設計題目簡單、功能性不強，深度不夠，無法激發學生的興趣和創造性。

二、雙平臺[9-10]構建的必要性和重要性

DSP技術、EDA技術以其各自的特點滿足了各種需要，正從各個領域各個層面改變著世界，它們已經成為數字時代的核心動力。因此，我們在系統設計與仿真課程設計中引入DSP技術，提出一種雙平臺實驗模式“DSP技術+EDA技術”，這兩個平臺各有自己的特點，靈活運用實現課程設計題目。

為提高學生DSP開發實踐能力，增加基于DSP技術的課程設計題目，使學生進一步理解DSP芯片的硬件結構特點，掌握DSP系統的開發流程和編程方法、調試方法及仿真方法，加強學生的實際動手能力、分析問題和解決問題能力，提高學生學習興趣，提高工程意識，為學生畢業后從事DSP系統設計方面的工作打下堅實的實踐基礎。

為提高學生的學習興趣和加強理論知識的理解，增加課程設計題目的多樣性和新穎性。隨著電子技術、通信技術日新月異，新的技術不斷產生，因此，很有必要把EDA教學與專業課程如《數字信號處理》、《通信原理》教學結合起來，這不僅是適應信息技術發展的需要，也是高等教育實踐環節改革的必然趨勢。此類題目具有較強的理論性和設計性，能激發學生的學習興趣。鍛煉學生綜合運用先修電子類課程知識的能力，促使學生建立整體設計的理念，激發學生的獨立設計能力和創新能力。

三、基于“雙平臺”課程設計題目的設計

課程設計題目設計時需遵循以下幾個原則：1.系統性原則。課程設計教學應遵照“循序、系統、連貫”的實施過程，保證學生獲得系統的知識和技能，實現對客觀世界的規律性認識和理解，利于學生對知識綜合利用及融會貫通。2.綜合與應用性原則。應用性是指培養學生利用所學知識解決實際問題的綜合應用能力。綜合性體現在學生可以采用兩種及兩種以上的專業知識理論來解決問題，達到培養學生綜合應用的能力。3.可操作性原則。課程設計項目可操作性主要指項目要符合學生的知識能力和認識規律，使得學生能夠通過對專業知識的理解和消化完成實驗過程。備選的課程設計題目大致分為3類：基于EDA技術的設計類題目；基于DSP技術的設計類題目；學生自擬題目[11-13]，具體見圖1。

結合實踐教學的特點，我們在設計課程設計題目時，采用多層次[14]、遞進式的方式，從簡單到復雜，從單一到綜合。2～3名學生組成一個團隊，選擇一個課程設計題目，開展課程設計教學活動。

為擴大學生的知識面，提高動手能力，充分激發學生的實驗興趣和學習的主動性，我們總共開設了12個課程設計題目供學生進行選擇。其中基于EDA技術的課程設計題目總共設計了7個題目。應用性課程設計題目有5個，分別是交通燈控制器、汽車尾燈控制器、數字跑表、搶答器、數字鐘。綜合性題目有2個，分別是頻率計、信號發生器等?；贓DA技術的課程設計題目是以DE2-115開發板為硬件平臺開展課程設計教學的。基于DSP技術的課程設計題目[15]總共設計了5個題目，具體題目見表1?；贒SP技術的課程設計題目是基于ICETEK-VC5509-A評估板為硬件平臺，進行課程設計教學的。

四、實施效果

我們在2015-2016學年第2學期和2016-2017學年第1學期對13級電子信息工程專業和14級通信工程專業中的3個班級的系統設計與仿真課程設計中進行教學改革，得到了學生們的一致認可和支持。我們把近三年課程設計成績情況進行對比分析，具體見圖2。從圖2可以看出，開展教學改革后，學生課程設計成績有顯著的提高，特別是14級通信專業的學生，成績優良的比例大幅度增加。同時，我們也對參與教學改革的學生進行了問卷調查，發現教學改革實施后，增加學生的自主學習能力，加深了學習深度，開拓了學生的視野，提高了學生的實踐能力和協作學習能力。

五、結束語

本文針對當前《DSP應用技術》與《系統設計與仿真課程設計》教學現狀，結合目前教學改革的趨勢，提出一種雙平臺實驗模式"DSP技術+EDA技術"的教學改革，給出了12個基于雙平臺的課程設計題目。該教學改革不僅能提高學生的學習興趣和創造性，也開闊了學生的視野，讓學生能夠真正提高實踐能力和創新能力，為后續的課程和將來走向社會打下堅實的基礎。

參考文獻

[1].楊祖芳，汪淳.基于FPGA的EDA技術課程設計研究[J].科教導刊，2014（3）：100-102.

[2].谷善茂，杜德，劉云龍，等.EDA課程創新實驗教學方法探索[J].實驗技術與管理，2015，32（3）：40-43.

[3].林連冬.以設計性實驗為引導的EDA技術課程教學改革與實踐[J].黑龍江教育，2014（6）：43-44.

[4].張波.“EDA技術”課程的創新性實驗教學[J].實驗室科學，2013，16（4）：71-73.

[5].楊小玲.單片、DSP、EDA三種專業技術課程對比分析[J].現代職業教育，19：96-97.

[6].錢 ，房芳，“DSP技術及課程設計”的PBL教學研究與實踐[J].電氣電子教學學報，2015，37（1）：68-70.

[7].于冬梅，韓曉新，朱成喜.“DSP技術與應用”課程中實驗教學改革研究[J].江蘇理工學院學報，2015，21（2）：116-120.

[8].寧更新，李建中，方學陽，等.DSP實驗多元化教學方法的探索[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）：121-123.

[9].顧菊芬，楊國華.“開發板+Proteus仿真”雙平臺單片機教學改革實踐[J].武漢船舶職業技術學院學報，2015，3：122-123.

[10].郭麗霞，尹強.“通信原理”課程多平臺實驗模式的探索[J]. 科技視界，2012（30）：123.

[11].崔琳莉，朱學勇.《信號與系統》課程設計的實踐與探索[J].實驗科學與技術，2012，10（1）：99-102.

[12].丁則信，黃正瑾.“數字系統課程設計”自主命題新教學方法的實踐[J].實驗技術與管理，2007，24（12）：147-148.

[13].劉永，李紅鏑.基于教學科研平臺的實驗項目設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2015，34（3）：202-205.

[14].陳莉平，任艷頻，秦儉，等.多層次開展EDA實踐教學的探索[J].實驗技術與管理，2008，25（10）：92-94.

[15].邢素霞.基于CDIO教育理念的DSP課程教學設計與實踐[J].實驗技術與管理，2014，31（6）：333-225.