CDIO教育理念下“DSP技术与应用”课程教学改革

郭本振　王晓晶

[摘 要] 本文分析通信工程以及电子信息工程专业“DSP技术与应用”课程教学过程中存在的问题并在CDIO教育理念基础上提出针对该课程的教学改革思路。依据CDIO教育理念對“DSP技术与应用”课程教学内容进行重构并在整个教学实施中贯穿CDIO教育理念。

[关键词] DSP；CDIO；教学改革

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2017） 02-0078-02

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。该理念就是以产品的研发到运行、废弃全过程为载体，培养学生工程实践能力。学生能力的培养不仅包括学科知识，而且包括学生终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思、设计、实施、运行能力，是以主动的、实践的、课程之间有机结合的方式学习并实践工程理论、技术和经验。目前，国内外很多大学已经开始引入CDIO教学理念应用与工科课程教学，取得了良好的教学效果和教学经验。将CDIO教学理念应用于“DSP技术与应用”课程教学在一定程度上可以改变目前DSP技术教学过程中出现的学生入门难、积极性差、动手实践能力低等问题。

一 “DSP技术与应用”课程教学中存在的问题

1 课程内容难度较大、涉及知识面广

DSP技术在电子、通信、计算机、国防等领域应用特别广泛。“DSP技术及应用”课程是面向我校通信工程和电子信息工程本科专业开设的一门重要的专业必修课程。开设学期为大三下学期，总学时为72，其中理论学时54，实验学时18。 “DSP技术及应用”课程教学难度较大，主要体现在：

第一，DSP芯片结构较复杂。相比于基于X86结构的“计算机组成原理”课程和基于51单片机的“单片机原理”课程，“DSP技术及应用”课程面向的对象DSP芯片具有结构复杂的特点。DSP芯片内核采用改进的哈佛结构、多总线、多级流水线、外设功能灵活复杂、状态控制寄存器数量多，学生理解学习有一定难度。

第二，课程内容涉及知识面广对先修课程要求较高。“DSP技术与应用”课程涉及知识面较广，要求学生不但具有计算机组成原理、单片机以及数字电路课程先修知识，还应具备高等数学、信号与系统等课程关于信号处理方面的基础理论知识。另外，学习DSP技术的最终目的是要在DSP芯片上进行编程实现数字信号处理算法，因此还需学生具备C语言编程以及数据结构的基础知识。先修课程多，知识基础要求高给该课程的教学和学生的学习带来巨大挑战。

2 实验教学环节较薄弱

传统的高等教育与职业教育不同，强调课堂教学形式，注重学生对知识的理解。近年来，为适应社会发展以及保证大学生就业，普通高等院校普遍加大了专业课实验课程以及创新实践类课程的比例。特别是教育部等三部委印发《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》以来，地方普通本科高校在培养学生创新实践能力上更加投入教学力度。在此情况下，工科大学生眼高手低、实践能力差的现象有所缓解，但是相对应用型本科教学要求，目前大部分课程实验教学环节还是相对薄弱和欠缺的。

“DSP技术与应用”课程是一门工程实践性很强的课程，其教学目的就是在真正的DSP芯片上运行数学算法，这是目前企业采用DSP进行产品开发的核心内容。从这一方面看，“DSP技术与应用”与目前企业招聘DSP相关岗位的工作内容高度统一。目前的DSP技术教学包括理论教学与实验教学两部分，目前理论学时54，实验学时18，实验教学学时严重不足。在课程理论教学过程中着重DSP内部构成原理以及寄存器的记忆学习，编程方面汇编语言指令的记忆运用学时较大。实验教学环节一般安排少于10个实验，其中演示性实验较多，创新应用性实验比重较低。实验环节的薄弱造成学生学习DSP技术后不能真正将DSP学以致用，学生能力与企业需求差距较大。

3 国内缺乏优秀教材

“DSP技术与应用”课程一般作为高年级专业课开设，目前国内该课程优秀教材较少。多数教材在介绍DSP结构方面强调面面俱到，有的直接照搬器件数据手册。内容从内核到各种外部设备都进行介绍，造成学生疲于理解记忆各种单元结构以及相应寄存器。在介绍DSP编程方面很多教材都从DSP指令集出发，先介绍汇编指令集再介绍基于汇编语言的DSP编程。基于汇编指令集的讲解其实还是没有脱离DSP结构理解记忆的范畴，另外目前实际运用中流行的DSP编程方法都是采用C语言等高级语言编程。基于汇编语言的DSP编程造成学习与实际应用相割裂，学生很难学以致用。在DSP算法实现方面，很多教材都是以经典FIR滤波器和FFT算法进行讲解，但是对于算法推导以及算法思想介绍很少。学生在不了解算法的情况下很难看懂基于汇编语言的算法实现，这无疑增加了教师教学难度和学生的学习难度。

二 CDIO模式下“DSP技术与应用”教学方式的重构与实施

针对目前“DSP技术与应用”课程教学过程中存在的一系列问题，采用CDIO教学模式对课程教学方式进行重构，并在教学过程中实施CDIO教学理念，力图提高该课程的实际教学效果和教学质量。重构和实施包括教学过程重构、教学内容重构、教学评价方式的研究与探索、引入企业现有项目流程管理经验、采用“互联网+”模式提高项目实施效果。

1 CDIO模式下“DSP技术与应用”教学过程重构

为使CDIO工程教学理念在DSP课程中得以发挥和体现，坚持理论和实践相结合，注重理论知识向能力培养的转向，其教学方式需要进行重构。依据CDIO理念将整个课程教学过程分为项目构思阶段、设计阶段、实施阶段、运行阶段。在构思阶段，以培养学生理论知识为主，在讲解教材内容基础上给出项目选题和任务，让学生独立思考，提出解决方案；在设计阶段，教师根据学生提出的方案进行评审，最终确定方案并将任务进行分解，学生进行分组并各自独立完成所分模块；在实施阶段，各组学生将所有设计的功能单元集成在一起，解决在联合调试中出现的问题；在运行阶段，对项目作品进行演示答辩以及项目文档的编写与评审，由老师给出评价结果。教学方式力求改变传统的理论教学和实验教学的模式，发挥CDIO理念优势，争取培养效果最优化。

2 CDIO模式下“DSP技术与应用”教学内容重构

采用CDIO教学模式需要将课程内容分解为各个项目。结合DSP技术课程教学特点，将课程中的知识模块一一转化，围绕CDIO模式进行组织和开展教学。每个项目安排2～3人组成一个团队，在团队合作中，培养学生专业知识的掌握和沟通协调的能力。根据课程结构和知识模块难易程度，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，逐步由知识点到知识模块再到整个知识面的覆盖。根据对DSP教学大纲和教材的剖析，将DSP知识划分为3大模块：DSP硬件原理、DSP软件编程、DSP算法实现。在DSP硬件原理模块弱化寄存器的理解记忆，举一反三，重点培养学生查阅数据手册的能力。在DSP软件编程模块重点进行基于C语言的DSP编程训练，弱化汇编指令的理解记忆。在DSP算法实现模块对FIR滤波器以及FFT算法重点讲解，指导学生编程实现并进行程序优化。

3 “DSP技术与应用”课程教学评价方式探索

为适应CDIO模式下课程的改革，该课程的评价方式也需要进行改革和创新。教学评价方式贯穿于整个学期项目进行过程中，在项目的每个阶段学生都要做好各种演示，采用文档、代码、实物相结合的方式对学生知识整体掌握程度进行综合评价。评价从三方面进行：一是项目过程中学生输出资料方案的答辩，主要考察学生理论知识与研究严谨性、规范性的程度；二是项目过程中学生的具体表现包括参与讨论积极度、动手实践程度等；三是项目作品實际的演示和答辩情况，针对作品的完整性和演示的有效性对学生小组整体进行评价。

4 借鉴现有的企业项目管理流程

不同于传统的教学与学习，学生的学习对某一门学科是不完整的，但对每一个行动来说却是完整的。采用CDIO教学模式将课程的学习过程具体为某项行动，该项行动必须在一定的规范下进行。目前，一些公司的产品开发流程以及文档规范可以借鉴到基于CDIO的课程教学中来，比如华为公司的产品IPD开发流程。在项目化课程中融入企业规范开发流程有助于学生培养严谨的学习工作作风，使学生自定项目最大程度地贴近企业实际项目，让学生真正得到锻炼。

5 引入“互联网+”模式提高项目实施效果

在教学实施过程中引入“互联网+”手段，包括推行开放手机使用以及线上线下互动模式。通过这两种方式可以进一步提高CDIO模式的项目实施效果。

目前我国移动互联网发展已经位于世界前列甚至已经超过某些发达国家水平。我国移动应用软件（APP）发展以及智能手机普及度已达到很高水平，大学生智能手机普及度几乎达到100%。与之相对应的是智能手机参与教育教学程度不够，某些大学为了提高教学质量甚至反对学生将智能手机带入课堂。在本课程教学改革中，允许学生在课堂中使用手机接入教学局域网，在项目实施过程中可以通过手机下载资料、上传代码并与教师和其他同学保持互动。

目前较流行的MOOC式教学中已具有一些教学过程中的线上+线下互动方式，但是大多仅限于作业交流、论坛/帖子的方式，交互方式较为传统。通过移动互联网技术，教学与项目实施过程不限于课堂。正常课堂教学过程中教师可发送课堂练习到学生移动智能终端中，让学生及时把知识吃透，通过学生的回答，教师也可以及时了解学生的知识吸收情况，有针对性地讲解与进行项目指导。在课后，学生通过智能终端可以提出问题让教师回答，项目实施中遇到的难题学生之间也可以互相帮助。

参考文献

[1]乔付，王国权.CDIO理念下软件工程专业课程群建设探索[J]. 广西教育，2011（03）.

[2]吕新荣. 面向IT职业岗位的项目课程改革实践[J].科教文汇，2008（12）.

[3]郑兆华，彭金莲，邱锡光，程杰仁. 移动互联网在高校教育中的应用[J].计算机教育，2014（05）.