基于工程教育的DSP原理及应用教学改革探索

梁快

摘要：“DSP原理及应用”是电子信息工程专业一门集理论性、技术性和实践性于一体的专业课程，要求学生从实际出发解决工程问题。结合高校对工程教育目标的要求，文章首先分析了“DSP原理及应用”在电子信息工程专业课程体系中的定位及教学要求，然后从理论教学、实验教学和设立导师制三个方面讨论了“DSP原理及应用”的教学方法改革，突出了DSP理论与工程应用紧密结合的目的，并在教学效果上取得了提高素质与培养能力的统一。

关键词：DSP原理及应用；工程教育；课程定位；教学改革；导師制

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）07-1593-02

工程教育是以技术科学为主要学科基础，以培养能将科学技术转化为生产力的工程师为目标的专门教育[1，2]。高校作为人才培养的摇篮，其使命是将接受了基础教育的大学生培养成符合国家发展要求、社会进步需求的人才，如何提升大学生的工程技术意识、实践能力和就业创业的竞争力，已经成为高校特别是工程应用型院校学生培养工作及改革的重要目标。

电子信息工程专业是信息科学技术发展迅猛并极具活力的一个领域，要求本专业学生具备设计、研究、应用与开发电子设备和信息系统的基本工程应用能力。“DSP原理及应用”作为一门重要的电子信息工程专业课程，要求学生能从实际出发解决工程问题，这符合当前工程教育改革的主题。因此，“DSP原理及应用”课程的理论及实验教学改革研究，具有极为重要的现实意义。

1 课程定位与教学要求

专业是工程教育的实施主体，专业课程是工程教育的具体实施工具。从电子信息工程专业计算机类课程体系上看[3]，DSP是一款高速、可用于数字信号处理及控制的微处理器芯片。从电子信息工程信息处理类课程体系上看[4]，“DSP原理及应用”的教学定位不在于简单地介绍一款微处理器芯片，而在于把“DSP原理及应用”作为一门将数字信号处理的基本理论和算法付诸硬件实现、工程实践性很强的课程。电子信息工程专业的学生在掌握“DSP原理及应用”相关知识之后，可以把数字信号处理和计算机两方面的技术结合起来解决实际应用问题。

在教学中我们应把握“DSP原理及应用”在计算机类课程体系和信息处理类课程体系的重要地位，并通过教学，要求学生理解DSP芯片的结构和原理，掌握CCS 的基本使用方法和操作过程，并利用DSP芯片解决数字信号处理实际工程问题，进一步加强学生独立分析问题解决问题的能力及创新能力的培养， 体现DSP的特点与应用。

2 基于工程教育的DSP教学方法

培养大学生的工程意识及能力已经成为高校学生培养工作的重点目标，这要求我们在“DSP原理及应用”有限的课时内，培养学生利用DSP芯片完成数字信号处理系统硬件设计和软件编程的工程应用能力。根据我们在DSP芯片上的实际运用及开发经验，总结出具有一定特色的理论及实验教学方法，主要包括以下几个方面。

2.1 突出DSP特点并实行对比教学

教学中紧紧围绕“DSP原理及应用”在实际工程运用中针对数字信号处理这一特点，文章通过对DSP芯片的中央处理器、哈佛总线结构、存储空间结构等硬件结构及其执行流水线操作、并行操作等详细说明其快速实现数字信号处理的可行性及其高速运算的能力 [5，6]。在数字信号处理中最重要的信号处理算法如离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、数字滤波器设计等算法的核心是乘法加法运算，这与DSP芯片内中央处理器的乘法器/加法器单元可以在一个流水线状态周期内完成一次乘法累加（MAC） 运算的功能完全一致，通过强调这一点使学生从DSP芯片结构及数字信号处理算法两个方面来理解为什么快速傅里叶变换算法是衡量DSP芯片性能指标的一个重要方面，这使学生在学习DSP芯片硬件结构的同时，同时掌握常用数字信号处理算法的实现方法。

学习“DSP原理及应用”课程前，大多数学生学习过微型计算机原理、单片机技术、数字信号处理、C语言程序设计等课程。在“DSP原理及应用”授课过程中通过与上述课程的相关知识点进行对比教学会起到良好的教学效果。例如，在介绍DSP芯片结构之前首先分析8086微处理器的冯.诺依曼单总线结构知识点，分析其利弊，然后引入到DSP芯片的哈佛总线、多总线结构等知识点上来，说明DSP芯片与其它微处理器、单片机芯片相比在处理数字信号上的优点。比对教学使学生比较容易理解及掌握“DSP原理及应用”的内容体系，也能充分激发学生的学习热情。

又如，在DSP编程教学过程中，针对部分编程问题，我们通过汇编语言、C语言在DSP芯片的不同实现方法来进行对比教学，使学生了解C语言及汇编语言各自特点及其在处理数字信号处理程序的异同点，加强学生运用DSP芯片处理实际问题的能力。当然在实际教学过程中还应多种教学手段相结合，才会收到更好的教学效果。

2.2 多层次、多课程交融的DSP实验教学体系

实际工程应用中需要DSP软、硬件相结合，因此需要我们从系统角度出发来设计整个DSP的实践环节，建立适合技能与能力培养的DSP基础研究实践平台。

为此，我们从实践需要把DSP具体实验内容分为课程基本实验环节、数字信号处理实验专题、研究实验和自主创新实验三个层次[7]。课程基本实验环节是DSP实践环节的基础、数字信号处理实验专题是实践环节的核心、研究实验和自主创新实验专题是基于上述实验为基础的重要扩展，为学生未来工程实践打下坚实的基础。三个层次互为补充，互相促进，缺一不可。

DSP课程的实践教学内容改革后，应从电子信息工程专业整体角度上把握“DSP原理及应用”要领，重视学生的实践能力。因此，DSP实验教学必须打破以往相关课程实验教学时单打独斗的局面，应注重多门课程实践教学的相互交融。例如，在系统级的案例分析时常常会涉及一个系统上出现DSP、MCU、FPGA等多种芯片，所以在DSP综合实验教学时可以选择多课程实践内容交融的实践案例进行实践环节的教学，培养学生综合应用的工程能力。学生通过学习DSP课程实验环节后，既从局部掌握了DSP芯片的技术要点，又从整体上建立了电子信息工程的系统性实践概念。

2.3 设立导师制，多渠道培养学生工程应用能力

为了更好的服务学生、培养学生工程技术能力，促进学生全方位的发展，我校电子信息工程专业学生从大三学期开始设立导师制，学生可根据自身的实际情况，结合教师的科研情况，在教师的指导下，可自行设计具有一定拓展性的实验项目；教师也可根据学生不同的理论与实际能力对学生分别进行培养，这种双向选择性体现了有差别的培养原则[8]。教师在指导学生的时候，大力支持学生根据自身兴趣爱好建立不同DSP 兴趣小组，鼓励学生利用DSP、MCU、FPGA等多种硬件芯片协同开发感兴趣的电子设计课题，或加入到指导老师相关课题研究项目，并指导学生参加学校组织的大学生创新性实验项目并对项目的进展情况进行跟踪，从而保证项目实施的质量。

3 结束语

近年来，我们从工程教育目标出发，不断对我校“DSP原理及应用”教学方法进行了改革，学生的理论素质和实际应用能力得到了较大的提高，受到了用人单位的好评。随着DSP技术的不断发展， “DSP原理及应用”的课程内容体系、教学实验方法也应不断调整及改进，这样才能不断培养出适合时代发展要求、具有扎实技术功底、具有创新意识能力的应用型工程技术人才。

参考文献：

[1] 韩晓燕，张彦通.工程教育专业认证制度及其对工程教育的影响[J].大学（研究与评价），2008（1）：86-89.

[2] 陈益林，何小其，马修水.应用型大学工程专业教育认证体系探索[J].中国高等教育评估，2010（4）：50-53.

[3] 范莉莉.电子信息科学与技术专业计算机类课程教学改革与探索[J].理工高教研究，2009，28（5）：132-135.

[4] 李静，郭汝静，秦长海.基于研究型教学模式构建“信号信息处理”课程群教学体系[J].电脑与电信，2012（Z1）：60-62.

[5] 杜鹏. 比较教学法在“DSP原理及应用”课程中的运用[J].中国电力教育，2012（6）：75-76.

[6] 俞一彪，孙兵，曹洪龙，邵雷.电子信息类本科DSP教学实践与探索[J]. 理工高教研究，2006，25（4）：32-33.

[7] 雷可君.电子信息类应用型专业教学内容改革实践——以DSP原理及应用课程的改革为例[J].高等理科教育，2012，101（1）：153-155.

[8] 曹阳，赵明富，黄丽雯，罗彬彬.基于应用型人才培养的DSP技术课程教学改革与实践探讨[J].电脑知识与技术，2011，8（4）：951-952.