DSP课程教学实践与

摘 要 ：针对DSP的发展现状,阐述了高校电子信息类专业开设DSP课程的目的.详细分析了DSP课程的特点以及现阶段教学现状和存在的实际问题,从教学模式和评价体系等方面提出了改进建议,并在实际教学工作中进行了初步的实践探索,取得了较好的教学效果.

关 键 词 ：DSP；教学实践；教学探索；电子信息

社会发展已经进入以信息技术为核心的知识经济时代,信息化是社会发展的必然趋势,信息化水平已成为国家综合实力的重要标志,信息技术则是信息化的决定性要素之一.数字信号处理是采用数字计算的方式表示和处理信号的理论与技术,数字信号处理课程是目前国内高校通信工程和电子信息类专业的必修课程[1].DSP既是数字信号处理技术（Digital Signal Processing）的缩写,也可以表示数字信号处理器（Digital Signal Processor）[2].DSP技术是尖端科技和研究热点,广泛应用于图像及语音处理、通信和雷达等军事领域.学生对DSP技术的兴趣日趋浓厚,同时DSP技术人才的市场需求也是持续增长.因此,研究与创新DSP课程的教学方法具有重要的理论和现实意义.

一、DSP课程教学特点

DSP课程教学目标主要是让学生掌握DSP的硬件结构和基本原理,特别是存储空间结构、寻址方式和COFF（通用目标文件格式）；熟悉DSP的指令系统和仿真开发技术；了解DSP在傅里叶分析、数字滤波和多媒体处理等领域的应用技术,培养学生分析问题和解决问题的实践能力,为学生从事DSP设计和研发奠定坚实的基础.

DSP诞生于20世纪80年代,伴随着全球性的新技术革命,DSP技术在三十多年的时间里得到迅猛的发展.DSP技术在国内发展起步相对较晚,而DSP课程授课内容则主要是基于TI的C2000或C5000系列芯片,在多数的理工类高校属于新兴课程.因此,DSP课程教学方法通常是继承了《单片机原理及应用》课程的教学模式.DSP与单片机存在一定的共通之处,特别是TI的C2000系列DSP表现得更加明显,然而DSP也有许多不同于单片机的独特之处.

1.硬件架构独特

DSP是为数字信号处理算法设计的微处理器,采用了哈佛总线结构和硬件乘法器,指令系统也进行了针对性设计,具备高速数字运算和数据存取能力.DSP的学习重点不仅包括CPU结构和片内外设应用,更重要的是掌握存储空间配置和COFF（C5000系列）、外设接口和事件管理器（C2000系列）的相关知识,这与传统的单片机学习存在较大的差异.

2.课程综合性强

DSP的学习需要较强的理论基础,课程与数字逻辑、微机原理和数字信号处理等基础课程有紧密的联系,必须在掌握数字信号理论和算法的基础上才能深入理解DSP架构和指令系统,取得理想的学习效果[3-4].同时DSP的学习不仅包括硬件结构,还大量涉及软件编程,要求学习者具备一定的软件编程思维.

3.侧重实践应用

DSP课程的培养目标,除了使学生掌握DSP的原理和应用方法,还要培养学生的动手实践能力,具备一定的嵌入式系统设计功底,这就要求课程的教学应该更偏重于实践环节,重视实验内容规划和实验平台建设；教学团队成员不仅要精通DSP的知识体系,还必须具备良好的工程设计素养.DSP技术的发展更新速度很快,教学内容和方法也必须与时俱进.

二、DSP课程教学现状

DSP课程的教学目的和内容必须紧跟科技发展潮流,并适应社会和市场对人才培养的实际需求,但是目前DSP课程的教学中仍然存在许多的不足之处.

1.教材和教学内容选择不够合理

DSP课程的课时设置,通常是32学时或48学时.现在的DSP教材多数是以TI的芯片手册为基础,增加部分应用实例构成；教材内容安排基本都是依照内部结构、指令系统、片内外设应用的模式,而并非参考DSP的特点和教学需求而编写.DSP教学多数是按照教材结构和内容进行,不利于学生的理解和学习,一定程度上挫伤了学生的学习兴趣.

2.理论教学与实践联系不紧

DSP课程是实践性很强的专业课程,单纯的理论教学无法达到理想的教学效果.通常DSP课程教学时间的2/3左右为理论课时,其余为实验课时.传统的理论和实践教学内容缺乏灵活性,同时受到实验时数和实践条件限制,实验内容多数是理论的验证,学生重视实验结果而忽视算法设计,缺乏对学生实践能力的培养.

3.考核方式和评价体系僵化

目前的考核方式采用期末试题考试、实验考试和平时成绩相结合的模式,实际上主要考核的是学生对教材内容的熟悉程度,无法充分体现学生的应用水平和实践能力；培养出的学生所掌握的理论与实际脱节,存在高分低能的现象.

4.学生积极性和主动性不足

由于大多数高校DSP课程的开设时间不是很长,以及本科培养计划调整等原因,DSP课程难以比拟《单片机原理及应用》等专业基础课,一般是作为选修类科目安排在大三的下半学年,或者大四的上半学年开设.在学分制本科培养模式下,大多数学生在大三就已经修满了选修学分,缺乏选修DSP课程的内在动力；部分学生选修DSP课程,其出发点也并非是自身兴趣；另外,近年本科毕业生就业压力比较大,学生投入考研和找工作的时间相应增加,对大四的课程教学形成一定的冲击,造成DSP课程的到课率相对较低,同时到课学生的专注程度也受到影响,课堂教学工作开展起来比较困难.

三、课程探索与改进

国家中长期教育改革和发展规划纲要的颁布和实施,把教育摆在优先发展的战略地位,教育经费的投入力度不断增加,教学环境得到极大改善.学校实验室目前已经配备了充足C2000、C5000和C6000系列教学实验平台,为学生实验提供了有效保障.为了改善DSP课程教学效果不理想的现状,应根据实际情况对教学内容和教学方法进行改革探索. 1.教学内容更新和优化

本科课程教学应该具有一定程度的自主性,而无须拘泥于任何一本教材[5].目前DSP教材和学习指导数量繁多,质量参差不齐,选择的教材应该具备内容完整、概念准确、描述明晰等特点.教学内容并不是局限与教材,而是要根据教学目标和教学计划,结合最新的DSP技术发展,突出C2000和C5000等不同系列DSP的学习重点和难点.另一方面,在有限的课堂教学时间内,不可能详细讲授所有的知识,而且DSP技术更新发展迅速,选用的教材也不可能涵盖全部的知识体系.可以在教学过程中,适当地给出相关的参考文献或关 键 词 ,让学生在课后通过网络查阅资料和浏览论坛网页,通过自学拓展知识面,充分调动学生的能动性,给学生自我发挥的机会,在巩固课堂教学效果的同时锻炼学生的自学能力.

2.传统教学与现代化手段相结合

DSP技术属于现代尖端科技,需要熟悉和掌握的内容繁多,学习和运用都具有很高的难度系数,而课程授课时数相当有限,适合于采用传统板书和多媒体教学方式相结合的教学模式.DSP教学过程中,涉及CPU架构设计、存储空间结构、流水线操作以及算法实现等,需要给学生进行课堂展示,在有限课时内采用传统的板书方法就存在一定的困难.而现在学校大量配置的综合电教平台,具备投影仪等多媒体手段,能够有效地解决这个问题,操作简单方便,学生也容易接受.板书与多媒体结合,可以极大地提高课堂教学质量和学生的学习效率.

3.发挥高校资源优势,激发学生学习热情

DSP需要大量的实践练习才能够熟悉和掌握,而课程的授课时数毕竟是有限的,因此,需要激发学生的积极性,引导和鼓励学生采用DSP进行电子设计和制作[5].充分利用学校现有的资源,依托学校和TI公司共建的“数字信号处理方案实验室”,探索教学方法改革和教学理念创新的途径,通过设置开放式培训项目,允许学生在课余时间完成感兴趣的DSP实验项目.学校通过多年的努力和发展,学生在电子设计竞赛中屡获佳绩.各类电子竞赛有序开展,学生参与积极性高涨.将电子设计竞赛的模式引入DSP理论及实践培训中,发挥电子竞赛融合多门课程知识、注重实践动手能力和创新发挥的特点,根据学生的能力水平,采取提供原理图或独立完成设计等不同模式,引导和培训学生使用DSP设计电子作品,培养学生的现代工程思维方法.

4.改进课程考核方式

DSP课程学习既有硬件架构,又包括算法实现,内容涉及广泛,重点在于知识综合运用和动手实践能力培养,仅从期末考试难以全面评价学生的学习和掌握情况.既然DSP学习侧重于应用,就应该通过实践对学生进行考核评价.在教学过程中,学校和教师应该在理论学习的基础上,采取工程设计和开展学科竞赛等方式,全力为学生创造动手实践的机会,并综合权衡学生在实践过程中的表现,以及实践所取得的成果,给出学生的平时成绩.最终的课程考核成绩,是将卷面考试成绩、实验成绩、平时成绩以及到课率等指标结合起来,并且要加大实验成绩和平时成绩的权重,有效避免死记硬背的学习方式和高分低能的现象.

四、结 语

随着DSP技术的发展和广泛应用,DSP课程的重要性已经逐渐深入人心.本文受到教改项目“依托校企共建实验室开展大学生实践能力培养的研究与实践”与“DSP课程教学改革与创新实践探索”支持,针对以往DSP课程教学中存在的一些不足,提出了相应的改进方法和建议,在实际的教学实践中证明这些方法促进了学生学习积极性和教师教学水平的提高,取得了一定的成功经验.但是教学过程中仍然存在很多需要完善的地方,科技和社会的发展也对今后的教学工作提出了新的目标和要求.通过教学理念更新、教学内容优化和教学模式探索,为DSP课程教学水平提高和学生能力全面发展提供有力保障.