基于CDIO教育理念的DSP课程教学设计与实践

邢素霞

(北京工商大学 计算机与信息工程学院，北京 100048)

数字信号处理在电子、通信、计算机、仪器仪表、自动控制、消费电子和军事等领域起着越来越重要的作用，尤其是随着3G和Internet的发展，要求处理器的速度越来越高，体积越来越小，DSP芯片的发展正好能满足这一发展要求，更多地渗透到各种电子产品中，成为电子产品,尤其是通信、音视频、娱乐类产品的技术核心。因此，DSP技术与应用课程已经成为电子信息类高校学生必须掌握的一门重要技术[1-3]。

2018年上半年，企业贷款同比少增337.06亿元。分企业类型看，大、中、小微企业贷款同比分别少增115.66亿元、120.45亿元和112.9亿元。分企业性质看，国有和集体企业分别少增309.59亿元和24.82亿元；分行业看，农业、工业和服务业贷款同比分别少增6.65亿元、8.14亿元和371.53亿元。据调查显示，目前广西全区108项工业投资建设项目资金缺口达182.55亿元；南宁市、梧州市和百色市的抽样工业企业资金缺口分别达160亿元、18.9亿元和421亿元。算上广大小微企业，资金缺口额度将更大。

DSP技术是一门理论和实践结合非常紧密、突出动手能力的课程，但DSP芯片相对构造复杂、抽象[4]，学生普遍感到入门较难，而传统的DSP教学方式多以课堂教学为主，课堂教学普遍采用多媒体设备，通过PPT讲解CPU内部结构、IO接口、硬件电路结构、软件编程等。这种具备音、视频效果的教学方式，使学生在一定程度上容易理解和接受，并可以提高学生的学习积极性，但实践内容偏少，学生普遍缺乏实践动手能力、分析问题和解决问题的能力，不能满足企事业单位信息化建设的用人需求[5]。

DSP课程教学普遍存在的问题是内容多、课时少、没有统一的经典教材、实践能力培养不够、实验课时不足、过于依赖实验箱、学生兴趣不高、师资力量较弱等问题。采用传统的教学模式，完全依靠课堂讲解和课程内实验教学，不利于充分培养学生的能力及发展学生的潜能。本文以CDIO(构思conceive、设计design、实施implement、运行operate)的教学理念[6-8]，以及应用型本科人才培养为目标，结合北京工商大学电子科学与技术专业学生的特点，对DSP系统知识能力培养的课程内容、实践教学等环节进行探索，采用CDIO工程项目教育的模式，通过在“学中做”、“做中学”的方式，研究如何有效地开展DSP教学，探讨如何培养出适应社会需求的创新型工程技术人才的问题。

1 CDIO工程教育理念

2000年，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学经历4年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，就是以产品的构思、研发到运行、废弃全过程为载体，培养学生的工程能力。此能力不仅包括学科知识，而且包括学生的终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运行(operate)能力[9-10]，是以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程理论、技术和经验。

本课程体系体现了以DSP理论知识、技术应用能力、信息素养和人际交往能力培养为核心，理论教学、实验教学、素质教学三位一体的工程教育理论。

根据课程的难易程度，项目的设计采用多层次、递进式的方式，从简单到复杂、从单一到综合，逐步由点到线、到面将教学要点体现在项目中。根据对DSP教学计划和大纲的的剖析，将DSP的内部结构、汇编编程、C语言编程、混合编程、经典信号处理算法的实现、最小系统、片上外设等分解为9个知识模块，设计了9个项目来引导课程的教与学，项目列表见表1。

2 构建基于CDIO教育理念的DSP课程体系

2.1 CDIO模式下的DSP课程体系

在Conceive阶段，以构建理论体系为主，抛出问题和任务，让学生独立思考，提出解决方案；在Design阶段，教师根据学生提出的方案，将任务分解，学生分组、分任务各自完成独立功能模块；在Implement阶段，同组学生将所有的功能单元集成在一起，解决在联合调试中出现的问题；在Operate阶段，总结、演示成果，并由教师和其他组成员给出评价结果。项目的实施，从方案的提出到最后结果的演示，都离不开小组成员的团结协作，是实现素质教育的重要途径。

图1 CDIO模式下DSP课程教学实施流程

为使CDIO工程教学理念在DSP课程教学中得以体现，坚持理论与实践结合，注重理论知识向能力培养转向，构建了基于CDIO的DSP课程体系，见图1。

由于杨庄东街各公交站点停靠位置的非机动车道和行人步道均比较宽，因此可以将公交站设计成港湾式，其有利于公交车停靠，同时避免对后面社会车辆的影响.

玉敏在金店做几年了，深谙顾客心理。金店有十几节柜台，黄金柜、铂金柜、K金柜、玉器柜、钻石柜。顾客来了若四处张望，许是潜在的消费者，可买可不买，是来了解行情货比三家的；顾客来了若直奔某柜台，便是直接消费者，是带着强烈消费欲来的，许是慕名而来，抑或货比三家后来的。当然也有马大哈的，什么都不计较，买了东西走人。不过来金店的顾客很少有这样的，毕竟黄金珠宝不是口香糖，嚼两口不对味就能吐了。

2.2 “多层次递进式”项目设计

(2) 课程项目设计。教师通过对项目模块的分析，要求学生对每一个模块进行概念分析、理论求解，提出设计方案，每组成员分模块进行方案验证，利用 CCS集成开发环境进行程序设计与调试。教师需要不断地鼓励学生进行创新性设计、善于发现问题、解决问题，成员之间通过程序测试及项目集成调试，可以加强团队协作能力的培养。

CDIO 理念传承和发展了美国20 多年以来的工程教育大改革的理念，是一个将工程科学、工程学科知识和工程实践能力整合为一体的工程教育方法[11]。CDIO 模式具有一定的普适性和可操作性，它既能运用于对精英化的高水平创新人才的培养，也适用于大众化工程专业的教育。

表1 DSP课程项目设计

(1) 项目的构思。项目的设计，主要是体现DSP在数字信号处理、外部信号的控制上的优势，即实时性和功能的强大性。在实时信号处理项目设计上，从基础的简单信号的产生，如简易波形的产生、音频信号的产生等，到复杂实时信号的分析处理，如实时信号的FIR滤波、语音信号的采集和放送、图像处理等，均进行了设计。在强大的外设功能设计上，设计了简单的A/D 接口控制、I/O 控制，和复杂的交通灯控制、液晶显示等。教师扮演项目经理角色，将项目分模块布置任务，让学生独立构思、设计、调试完成各个项目模块，在做中学。这个阶段能很好地锻炼学生的独立思考和分析问题能力，加强自学能力，培养他们多思考及分析、解决问题的能力等.

结合DSP教学特点，将课程中的知识模块转化为若干个教学项目，围绕“学中做，做中学”的模式组织和开展教学，以锻炼学生实践动手能力[12]。每个项目安排2 ～ 3 人组成一个团队，在团队合作中，培养学生的沟通协调、团结协作的精神。

现代科技的创新，虽然不排除单打独斗的成功，但更多的是来自不同学科的交叉融合和集智攻关。在市场经济的大环境下，不同学科领域甚至不同单位的高效协作，既对科技工作者的素质提出了要求，也对管理模式，诸如学术民主、大协作、保护知识产权，切实加强基础研究、提高国际化水平，解决好科技成果转化“最后一公里”的问题等，提出了新的要求。

(3) 项目实施。项目的实施过程须强化相关知识的理解和运用，教师对每组的设计方案进行仔细讨论与分析，要求学生反复测试，验证设计的可行性，让学生体会到，项目的开发过程就是不断验证、不断改进的过程，要有坚持不懈的精神和成功的信念，激发他们的学习兴趣，启发创造灵感。同时，在项目的实施过程中让学生体会团队协作的重要性，认识到任何一个环节出现错误，都会影响到最后的结果。

(4) 项目运行和结果评价。项目实施过程中，要做好每个项目的演示，团队共同参与项目的演示，对项目方案设计、设计思路、设计原理、关键技术、难点、调试中出现的问题等内容须进行公开汇报，并将存在的疑问或无法实现的功能等做详细的记录和汇报。 对结果的评价应从2个方面进行：一是对团队协作、动手实践能力、自学能力的考核；二是在项目实施的过程中，对知识理解、掌握情况的考核，是否具有灵活运用所学知识、解决实际问题的能力。

3 结束语

本文针对DSP课程综合性、实践性强的特点，结合 CDIO 教学理念对学生的要求开展项目教学法，使学生参与到实践项目中，让学生在做中不断发掘解决问题的新思路，将知识点融会贯通、灵活运用，大大提高了学生的独立思考能力、逻辑思维能力、团队协作与沟通交流能力，使得整个课程的教与学变得更加生动，为综合教学改革的实施提供了科学依据。

[1] 周晓雁，张卫宁.DSP 程序设计优化实验的研究[J].电气电子教学学报,2013,35(3):47-48.

[2] 蒋群,谭萍.DSP 的应用型人才培养与实践改革[J].科技广场，2013(4)：151-154.

[3] 韩力英，王杨，唐红梅.案例教学法在 DSP 技术教学中的应用[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2013,12(66)：53-55.

[4] 赵月静,陈继荣,张永弟,等.单片机原理及应用课程创新实践教学改革[J].实验技术与管理,2013,30(1):176-180.

[5] 康伟,王艳松.电气专业DSP教学内容与形式改革探析[J].中国电力教育，2013(2):65-66.

[6] 彭易菲.CDIO教育理念对我国实施卓越工程师教育培养计划的启示[J].现代企业教育，2011(2下)：143-144.

[7] 陈瑞祥,姜平,周根荣.CDIO模式下嵌入式系统课程教学研究与实践[J].中国教育技术装备，2013(18)：91-92.

[8] 王红霞.基于 CDIO 理念的 JAVA 课程改革[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(2):96-98.

[9] 逯燕玲,戴红,侯爽.基于CDIO教育理念的数据库课程实验设计[J].实验技术与管理,2013,30(1):22-24.

[10] 程永强，苗淑清，张建文,等.地方工科院校加强实践教学的探索与实践[J].实验技术与管理,2013,30(2):5-10.

[11] 李珍香,樊玮.微机原理与应用技术课程中的 CDIO一体化教学模式[J].计算机教育,2013(12)：54-59.

[12] 谢楠.CDIO 项目教学法在单片机课程中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(1):89-91.