DSP課程研究型教學課程改革思考
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摘要:基于研究型教學模式，以培養學生創新能力為目的，結合多年教學實踐經驗，從多個方面探討dsp原理與應用課程的具體教學思路，通過教學實踐取得良好的教學效果，驗證這些思路的可行性與有效性。
創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。作為國家高層次的后備人才，大學生將是我國參與國際競爭的主力軍。因此，在按照知識經濟的要求構建大學生知識結構、能力結構和素質結構的同時，突出大學生創新能力的培養顯得十分重要。近年來，國內眾多專家學者就大學生創新能力的培養系統地展開了研究[1-3]。DSP原理與應用是當前電子類本科和研究生專業普遍開設的課程之一，它是一門理論與實際緊密結合的課程，多學科交叉性強、應用面廣、涉及的創新內容豐富，因而此課程非常適合進行高校中大學生創新能力培養教學的探索。如何緊密結合該課程的特點，抓住教學要點，探討和改進教學方法，努力提高大學生創新能力，是本課程教學中亟待研究解決的核心問題。本文重點探討研究型教學模式下DSP原理與應用課程的具體教學思路及實踐，并對其實際教學效果進行歸納總結和分析。
1研究型教學模式
研究型教學模式是指教師以課程內容和學生的知識積累為基礎，精心創設情境，引導學生充分參與、主動探究，自主地發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的情境化的新型教學模式。研究型教學模式最大的優點就是以學生為中心，利于學生自主學習，強調學生的主體性。教師在教學過程中處于引導者的地位，學生是學習活動的主體，知識的獲取是通過學生的自主研究和師生的共同探討實現的，學生必須能動地參與學習活動的全過程，把課堂獲得的信息內化于自身的認知系統，從而培養獨立思考問題、提出問題、解決問題的能力。因此，研究型教學模式更適合當今科學技術的發展的潮流和知識爆炸的趨勢，是值得重點研究和嘗試的一種新型教學方法[4-6]。由于研究型教學模式必須與具體的課程內容緊密聯系，筆者著重開展以下思考和嘗試。
2具體教學思路
作為本科高年級選修課，DSP原理與應用課程的學時數較少，選課學生卻很多，這一方面體現了學生對這門課程的重視，另一方面也對授課教師的授課質量以及授課內容提出更高的要求。多年的教學實踐使授課教師深感DSP原理與應用課程既難教又難學，教學效果一直不太理想。其原因主要包括：學時短、教學內容多；器件更新快；多學科交叉性強等；再加上傳統的“教師講學生聽”的滿堂灌教學模式抑制了學生的學習積極性。筆者結合多年的教學實踐和研究型教學模式，提出以下幾條具體教學改革思路。重視緒論，激發興趣緒論的講授是每門課程教學的重點，它使學生建立這門課程最直觀的印象。“好的開始是成功的一半”，如果緒論教學能夠激發學生對這門課程的興趣和學習熱情，對于教師和學生來講，后面的教學將會變得積極和主動，學生的主觀能動性才能得到有效調動，才能有效開展研究型教學活動。實際教學中花了四個甚至更多的學時來講授緒論，從DSP的誕生與發展、作用與優點，到本專業以及學生日常生活中的實際應用等方面，既有時間條理又有實物展示，既有科研成果又有日常知識，學生反響熱烈，課堂氣氛活躍。同類對比，加深理解由于在大二下學期學校已經普遍開設了微機原理和單片機原理兩門課程，因而在講授體系結構、中央處理單元以及尋址方式等章節時，為了幫助學生加深對DSP芯片特點的理解，通過對比講解DSP、Intel8088和80C51幾種芯片在這幾方面的異同，使學生更好地理解了哈佛結構、流水線以及DSP簡單高效的尋址方式，深刻認識到DSP器件用于數字信號處理算法實時實現的優勢根源所在。“溫故而知新。”在學習DSP芯片的同時，學生也加深了對另兩種芯片的認識；在講授DSP器件在數字信號處理算法實時實現方面的優勢時，同時對比講解FPGA在數字信號處理方面的應用特點，讓學生理解這兩種芯片的關系不是相互沖突、不能相互替代，而是各有所長，優勢互補。這樣的對比教學，不僅清晰明了、信息容量大，而且能夠培養學生自主思考問題能力，并養成進行科學歸納的學習方法。
化繁為簡，見樹見林在完成DSP原理部分的講授后，需要進行DSP應用環節的教學。這部分的教學如果按章論節地進行，勢必會導致學生對本門課程的認識零散，陷于瑣碎的章節而不能高屋建瓴總體把握課程內容；并且將軟硬件分開介紹也會導致學生在構建DSP系統時缺少總體思路。為了更好地培養學生全面認識問題的能力和解決問題的能力，去除學生的思維惰性，將DSP應用環節的教學分成幾個難度由淺而深、知識點互有側重的系統設計題，解決每個設計題均需綜合掌握DSP的多方面概念，教師在引導學生自主解決這些課題的過程中，使學生掌握DSP應用環節的要點。通過幾個設計題的訓練，再輔以教師精練的總結，可以使學生對DSP課程的認識“既見樹又見林”。理論與器件相結合授課之初，教師首先給學生解釋DSP的意思，它既是DigitalSignalProcessor（數字信號處理器）的縮寫，又是DigitalSignalProcessing（數字信號處理）的縮寫。本課程中所學的只是一種芯片以及開發此芯片所需要掌握的軟硬件知識，用以服務于DSP理論的實時實現。沒有核心的數字信號處理理論和算法，DSP只是一個空殼；而離開了高速DSP器件的支持，數字信號處理理論終究只是紙上談兵，沒有工程價值。通過這樣的結合講解，讓學生發覺所學的理論知識有了用武之地，理論和器件之間緊密不可分。教學與科研相結合DSP原理與應用是一門實踐性很強的課程，如果教師只是照本宣科，學生聽得必然覺得空洞，但如果教師結合自身的科研經歷，在教學中便可以潛移默化地給學生以實踐精神和創造精神的感染，更有效地激發學生的創造思維和科研熱情。同時，具有豐富的DSP開發經驗的教師能夠有條件把這門課講得很飽滿。讓學生覺得科研并不神秘，需要的知識也大多是他們平時所學的，只不過要能夠活學活用、融會貫通。“學而不思則罔，思而不學則殆”，教學是學，科研需思，兩者結合方可相互促進，加深理解。
考試與教學同改革研究型教學模式下，以學生為主體，教師引導，培養學生的自主學習能力，充分發揮學生的主觀能動性，主動學和被動學的效果自然不同，考試的內容也可以越過上課所講或教材中所講的范圍。對應于研究型教學模式，考試方式可以采用開卷，給學生發揮的空間。這類開放式課程不適合死記硬背，常見的閉卷考試方式顯得不夠科學。創造條件加強實踐“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”對于一門實踐性很強的課程，如果只是課堂教學沒有實踐環節顯然是不完整的。學不致用、知識無活力化將會扼殺創新思維的培養。為了提高學生的實際動手能力，鼓勵大家的創造熱情，筆者所在學校建立了DSP創新基地，配備了多個系列的DSP開發板以及各種硬件開發工具，從而有條件將DSP課程的教學搬到實驗室中去。業余時間里，學生也可以申請進入基地，利用豐富的資源去驗證他們的創造靈感。在實踐中體會、提高對DSP應用的認識，逐漸做到積極地將DSP與生活中的科技需求聯系起來，從而找到新的應用點。促進交流，營造氛圍學習需要氛圍，氛圍促進學習。可以通過各種途徑邀請校內外DSP領域的專家舉辦技術講座，可以在院系內成立DSP學習興趣小組。為了讓學生有機會相互交流、共同進步，院系和學校應創造條件讓學生參加各種科技設計大賽，為學生提供展示自己和相互學習的平臺。學校還應該出臺相應的制度并提供相應的支持，鼓勵學生參加這樣的創新性大賽，開闊眼界、贏得榮譽自然高興，激發創造熱情更是重點。
3教學效果分析
任何成功都是內因和外因共同作用的產物，外因創造條件起輔助作用，內因才是決定因素。對于DSP原理與應用課程，外因就是教師要為學生創造良好的實驗環境和學習氛圍；利用豐富的科研經歷和DSP開發經驗，激發學生的好奇心，引導學生自發學習興趣，這是內因，也是創新的原動力。通過以上教學思路的具體執行，DSP原理與應用課程的講授收到良好的效果。大多數學生達到本門課程的教學要求，思路變得開闊，分析問題更具系統性，并且解決問題的實踐能力得到提高，這些可以從實驗課的完成質量以及試卷的答題質量充分反映出來。近年來，筆者從班級里挑選本科生組隊參加了TI-DSP中國大學生設計挑戰賽，取得良好成績，說明參賽隊員經過課堂內外的學習和鍛煉，對DSP有了比較系統全面的認識。
4結束語
本文針對當前DSP原理與應用課程教學模式的不足之處，結合當前提倡的研究型教育模式，提出該課程教學的一些改革思路，并通過教學實踐驗證了這些思路的可行性與有效性。隨著DSP技術的迅速發展，教師還應不斷調整教學內容，改進教學方法，豐富教學手段，從而調動學生學習的積極性，培養學生的創新能力，實現教與學的最佳統一。
參考文獻
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作者：周天 李楊 李海森 魏玉闊 陳寶偉 單位：哈爾濱工程大學