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(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目的，結合多年教學實踐經(jīng)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(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)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(jīng)濟的要求構建大學生知識結構、能力結構和素質(zhì)結構的同時，突出大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得十分重要。近年來，國內(nèi)眾多專家學者就大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)系統(tǒng)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(yè)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(chuàng)新內(nèi)容豐富，因而此課程非常適合進行高校中大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)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(chuàng)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(nèi)容和學生的知識積累為基礎，精心創(chuàng)設情境，引導學生充分參與、主動探究，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)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(yōu)點就是以學生為中心，利于學生自主學習，強調(diào)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(xiàn)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(nèi)化于自身的認知系統(tǒng)，從而培養(yǎng)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(fā)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(nèi)容緊密聯(lián)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(shù)較少，選課學生卻很多，這一方面體現(xiàn)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(zhì)量以及授課內(nèi)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(nèi)容多；器件更新快；多學科交叉性強等；再加上傳統(tǒng)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(fā)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(fā)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(diào)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(fā)展、作用與優(yōu)點，到本專業(yè)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(jīng)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(jié)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(shù)字信號處理算法實時實現(xiàn)的優(yōu)勢根源所在?！皽毓识??！痹趯W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(shù)字信號處理算法實時實現(xiàn)方面的優(yōu)勢時，同時對比講解FPGA在數(shù)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(yōu)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(yǎng)學生自主思考問題能力，并養(yǎng)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(huán)節(jié)的教學。這部分的教學如果按章論節(jié)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(jié)而不能高屋建瓴總體把握課程內(nèi)容；并且將軟硬件分開介紹也會導致學生在構建DSP系統(tǒng)時缺少總體思路。為了更好地培養(yǎng)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(huán)節(jié)的教學分成幾個難度由淺而深、知識點互有側(cè)重的系統(tǒng)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(huán)節(jié)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(shù)字信號處理器）的縮寫，又是DigitalSignalProcessing（數(shù)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(fā)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(xiàn)。沒有核心的數(shù)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(shù)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(fā)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(jīng)歷，在教學中便可以潛移默化地給學生以實踐精神和創(chuàng)造精神的感染，更有效地激發(fā)學生的創(chuàng)造思維和科研熱情。同時，具有豐富的DSP開發(fā)經(jīng)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?！皩W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(yǎng)學生的自主學習能力，充分發(fā)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(nèi)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(fā)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(chuàng)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(huán)節(jié)顯然是不完整的。學不致用、知識無活力化將會扼殺創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。為了提高學生的實際動手能力，鼓勵大家的創(chuàng)造熱情，筆者所在學校建立了DSP創(chuàng)新基地，配備了多個系列的DSP開發(fā)板以及各種硬件開發(fā)工具，從而有條件將DSP課程的教學搬到實驗室中去。業(yè)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(chuàng)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(lián)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?？梢酝ㄟ^各種途徑邀請校內(nèi)外DSP領域的專家舉辦技術講座，可以在院系內(nèi)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(chuàng)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(chuàng)新性大賽，開闊眼界、贏得榮譽自然高興，激發(fā)創(chuàng)造熱情更是重點。
3教學效果分析
任何成功都是內(nèi)因和外因共同作用的產(chǎn)物，外因創(chuàng)造條件起輔助作用，內(nèi)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(chuàng)造良好的實驗環(huán)境和學習氛圍；利用豐富的科研經(jīng)歷和DSP開發(fā)經(jīng)驗，激發(fā)學生的好奇心，引導學生自發(fā)學習興趣，這是內(nèi)因，也是創(chuàng)新的原動力。通過以上教學思路的具體執(zhí)行，DSP原理與應用課程的講授收到良好的效果。大多數(shù)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(tǒng)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(zhì)量以及試卷的答題質(zhì)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(zhàn)賽，取得良好成績，說明參賽隊員經(jīng)過課堂內(nèi)外的學習和鍛煉，對DSP有了比較系統(tǒng)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(fā)展，教師還應不斷調(diào)整教學內(nèi)容，改進教學方法，豐富教學手段，從而調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)教與學的最佳統(tǒng)一。
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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