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  • 《DSP器件及应用》课程教学改革与实践

    • 投稿黑门
    • 更新时间2015-09-23
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    后二直选单式万能码 dfc.bdzq23.com 刘渭清 魏 坤 张馨予 余秋菊

    (西安文理学院电子工程系,陕西 西安 710065)

    【摘 要】DSP器件及应用是一门理论性、实践性、综合性都非常强的课程。根据多年的教学实践,探讨了DSP技术课程教学中存在的一些问题,并从教师素质的提高,教学方法的改进,课外实践活动的实施及电子竞赛的举办等方面进行了教学改革。实践表明,这些措施培养了学生的创新能力,保证了学生DSP知识的完备性,增强了学生的就业自信心。

    教育期刊网 http://www.jyqkw.com
    关键词 DSP技术;教学改革;倒序教学法;实践教学

    Reform and practice on teching method of DSP principle and application curriculum

    LIU Wei-qing WEI-Kun ZHANG Xin-yu YU Qiu-ju

    (Electronic Engineering department, Xi’an University of Arts and Science, Xi’an Shaanxi 710065, China)

    【Abstract】The DSP device and application is a theoretical, practical, and comprehensive course. According to teaching accumulation for many years, discusses the problems existing in the teaching. Teaching reforms have been carried out from the improvement of teacher’s quality, the improvement of teaching methods, the implementation of practical activities to electronic contests held. Practices show that these measures improve the innovation ability of students, and enhance the employment confidence of students.

    【Key words】DSP technology; Teaching reforms; Reversal teaching method;practical teaching.

    ※基金项目:西安文理学院教育教学改革项目(15C126)。

    作者简介:刘渭清(1966—),男,陕西西安人,硕士,西安文理学院,讲师,研究方向为信号处理、智能仪器。

    DSP技术是指利用计算机、微处理器或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理技术[1-3]。DSP(Digital Signal Processor)是数字信号处理器的英文简称,它的出现是数字信号处理理论和大规模集成电路技术发展的必然结果,其目前已经成为数字信号处理算法实现的主要工具。在“数字化”浪潮席卷全球的今天,DSP芯片的应用已不再局限于某些特定的领域,而是遍及人们生活的方方面面[4-5]。培养高素质的DSP专业人员,以适应社会不断增长的需求是各高校面临的一项艰巨任务。因此,研究和探索《DSP器件及应用》课程的教学方法、教学案例具有重要意义。

    当前,全国大部分高校的电子信息工程专业及相近专业都开设了《DSP器件及应用》(以下简称为DSP技术)课程,但涉及DSP课程教学方法、教学案例的论文并不多。在此,结合我院DSP课程教学的实际情况,介绍了新建本科院校在DSP课程教学方面一些有益的探索和实践,以期达到抛砖引玉的作用。

    1 DSP技术课程的特点及教学回顾

    在DSP领域,TI(Texas Instruments)公司的TMS320系列DSP约占市场份额的70-80%,是当今世界上最有影响力的DSP芯片[6]。TMS320系列DSP芯片不仅具有高速运算和海量信息处理能力,而且具有低功耗、高性价比等特点,其中TMS320C5000 DSP平台适用于个人和便携式产品的开发和应用。根据我院电子工程专业的发展方向——移动通信——选择TMS320C5000系列DSP作为讲授和应用对象。

    西安文理学院是由教育部批准的新建应用型本科院校,相较其它本科院校而言,师资力量相对薄弱,生源素质相对较低,这也是一大批新建本科院校在教学上所面对的一个客观现实。我院于2007年面向电子工程专业本科生开设了DSP技术课程??纬逃衫砺劢萄Ш褪笛榻萄Я讲糠肿槌?。其中理论教学32学时,主要讲授DSP内部结构,寻址方式;片内外设的工作原理;指令系统、汇编语言与C语言程序开发等。实验教学8课时,用于指导学生在实验箱上进行DSP编程练习。在教学过程中,通过教师间的不断总结与讨论,及与学生的交流,逐渐发现该课程的一些特点及教学中存在的一些问题:

    1)课程综合性强。DSP技术课程是以多种学科为理论基础,所牵扯的范围十分广泛??纬躺婕暗轿⒒?、计算机组成原理、信号处理、数字电路、汇编语言、C语言及各种软件开发工具的使用等。由此可以看出,该课程对教师的要求较高。在教师不具备较完整知识体系的情况下,教学往往流于形式,表现为教学内容的肤浅化和表面化。最终导致教学失败。

    2)课程难度大。随着高校招生规模的扩大,新建本科院校的生源质量稍逊于其他本科院校。而DSP课程涉及的知识面广、综合性强,这就决定了学生在学习这门课时起点要求比较高[7]。学生不仅要了解和掌握数字信号处理的基础知识,还要具备一定的硬件和软件设计基础。这给学生的学习带来了一定的困难。

    3)教材与教学相分离。国内各高校使用的DSP课程教材,基本上是TI公司芯片资料的翻译版本。教材编排沿用了芯片资料本身的顺序,即先“DSP芯片的内部结构原理和寻址方式”;其次是“指令系统”;最后是“COFF格式汇编语言及C语言程序开发”。从芯片介绍的角度看,这种编排方式是自然合理的;然而从教学的角度看,则使教学过程枯燥和缺乏感性认识,进而造成学生的厌学情绪,最终导致教学失败。

    4)实验教学的缺陷。为了满足实验教学需要,学院相继购买了各系列的DSP开发实验平台,这些平台为学生掌握CCS集成开发环境及软件编程发挥了巨大的作用。然而,由于与DSP相连的硬件电路已封装完毕,难以培养学生DSP硬件系统的设计能力。另外,DSP硬件设计费用较高,学生也难以承受。这些因素限制了学生对DSP硬件系统设计的学习,造成了学生知识的不完备。

    2 DSP课程教学改革与实践

    教学体系和课程内容改革是教学改革的核心,改革的目标是培养出符合社会需求,服务于地方经济的DSP专业人才。通过对DSP教学中存在问题的分析和讨论,我院于2010年有针对性地提出了DSP课程改革的具体措施。

    2.1 DSP技术是一门理论性、实践性、应用性都很强的课程。在教学过程中要求教师不仅要具有较强的软件设计基础,同时还要具备较强的硬件设计能力。针对此特点,学院选派相关专业教师赴公司、研究机构进行培训,参与DSP项目的研发工作,极大地提高了教师的业务水平;其次,在教研室层面上对教案进行反复讨论和修订,合理选择教学内容,突出教学重点。在教学中做到:绝不空洞地讲DSP的结构原理,而是与指令相结合,且利用多媒体演示其执行过程;讲指令系统时只选择常用指令做介绍,满足于简单编程需要即可;讲COFF文件结构时,一定先用实例说明,再做总结、抽象。这样,从教师层面上保证了教学质量。

    2.2 鉴于DSP技术课程教材与教学相分离的情况,提出了“倒序”授课法的新思路。利用学生已经掌握C语言的优势,首先讲授DSP芯片的C语言编程。学生在DSP平台上利用C语言编写几个简单的DSP程序并运行,掌握DSP软件开发的基本步骤。通过观察实验结果,对DSP芯片有了一个直观的感性认识,培养和激发了学生的学习兴趣。然后讲解COFF汇编语言文件格式及编程要点。学生在实验平台上用汇编语言重新编写上述程序。通过比较两种编程方法,学生能够更深入地领会汇编语言和C语言的异同。最后,讲解DSP的内部结构原理。此时可结合相关的汇编指令及程序讲解DSP内部各部件的工作方式,使学生了解硬件是如何执行指令的。这样达到事半功倍的目的。

    2.3 DSP技术是一门实践性很强的课程,为使学生理解并掌握课堂上的教学内容,培养学生的动手能力和创新能力,实验环节必不可少[8]。但受困于专业的整体教学安排,实验课时相对较少。因此,在实验课上只能安排验证性实验——掌握DSP软件开发的一般流程——难以培养学生的硬件系统设计能力。针对此问题,我们提出了DSP第二课堂的教学模式,其主要特点是:①对DSP课程有浓厚兴趣的学生可自愿报名参加第二课堂;②将学生分成5-6人一组,分工协作设计电路并制版调试,费用由小组成员均摊;③教研室为每组指派一名专业教师,该教师负责提供设计题目及解决设计中遇到的技术问题;④学院给予指导教师一定的工作量。这样同时调动了教师和学生的积极性,为学生全面掌握DSP软硬件设计技术铺平了道路。此外,我们鼓励有能力的学生积极参加各种电子设计大赛,获得外部相应的资金支持,进一步提高设计水平,为以后走上工作岗位打下扎实的基础。

    3 总结

    通过对DSP课程的教学改革与实践,极大地提高了学生学习的积极性和主动性。学生多次在电子设计大赛中获得奖项,表现出了较强的动手能力和创新思维能力。另外,基于知识的完备性和技术水平的提高,消除了新建本科院校中一些学生存在的自卑心理,使他们能够健康茁壮地成长。同时,我们也清醒地认识到嵌入式系统设计技术本身也在快速发展之中——新方法,新技术不断涌现。这促使我们必须与时俱进,紧跟科技前沿,始终保证课堂教学与科技发展相适应,培养出具有创新型的专业人才。

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    参考文献

    [1]彭启琮,李玉柏,管庆.DSP技术的发展与应用[M].北京:高等教育出版社,2002.

    [2]胡剑凌,徐盛. 数字信号处理系统的应用和设计[M].上海:上海交通大学出版社,2003.

    [3]汪安民,陈明欣,朱明. TMS320C54xx DSP实用技术[M].北京:清华大学出版社,2007.

    [4]范寿康. DSP技术与DSP芯片[M]. 北京:电子工业出版社,2007.

    [5]尹勇,欧光军. DSP集成开发环境CCS开发指南[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2003.

    [6]王燕,姚惠林.DSP原理与应用教学方法研究与探索[J].中国电力教育,2011,201(14):82-83.

    [7]黄杰,钟明辉. 《DSP原理及应用》课程教学改革探讨[J].中国西部科技,2011, 10(24):87-88.

    [8]谢海霞,孙志雄. DSP技术课程教学方法研究与实践[J].电子设计工程,2012, 20(8):10-11.

    [责任编辑:曹明明]