DSP教学中科研成果转化为教学内容的一些探索

2018-04-15崔江，姚睿

电气电子教学学报 2018年1期

崔　江，姚　睿

(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 211106)

0　引言

目前，研究型高校的教师一般都承担着教学和科研双重任务。教学任务是通过课堂教学、实验、课程设计和毕业设计等多种教学环节培养达到既定目标的合格人才，这些人才迟早要走上社会为社会的需求服务。科研任务可分为横向科研和纵向科研，横向科研以工程技术为主，主要目的是为了满足社会的中、短期需求，而纵向科研以基础理论为主，可认为是满足社会或国家的长期需求[1]。

教学和科研任务两者之间是不矛盾的，而且是相互促进的[2，3]。教学为科研提供基础和源泉，反之，科研为教学提供内容的拓展和更新。在教学和科研并重的研究型大学中，没有高水平的科研作为反哺，是不可能产生高质量教学效果的[4]。照本宣科、填鸭式的常规教学思路很难引起学生太大的学习兴趣，对于学生的创新素质，解决未来复杂工程问题的基础能力的培养也是心有余而力不足。本文以DSP课程的课堂教学和实验教学为例，主要讨论科研成果引入教学中的一些探索和做法。

1　科研成果用于DSP课堂教学

DSP是一门应用广泛的技术，研究型高校都为其开设了相关的课程。一般而言，课程教材的内容更新速度远远跟不上技术发展的速度。在这种情况下，课堂教学中引入科研中的一些新成果是十分有必要的，这样有利于拓展学生丰富的想象力，激发他们学习的兴趣[5]。

以“DSP实用技术”本科生课程为例。在课程开始讲述TI的C2000系列DSP时，需要先介绍一下DSP发展的历程。常规的介绍还是比较枯燥的，学生兴趣也不大。针对这个问题，我们在课堂上通过引入前期开展的一些科研项目总结，介绍其中已经用到的TI公司C2000系列DSP(包括四种型号的DSP)在项目中发挥的核心作用，并与其他不同特点的型号进行比较，把这些内容用图片和列表的形式在PPT课件中进行了展示和讲解，重点在于强调掌握学习知识的方法，而不是重点掌握知识本身[6]。这样的教学效果很好，不少学生下课后还专门找授课教师讨论其中感兴趣的问题。又比如，我们在课堂上讲述TMS320F28335 DSP的GPIO内容时，引入横向科研项目“小电流接地系统故障诊断”中GPIO的设计和应用例子，在这个项目设计的例子里，GPIO用于控制LED闪烁和键盘的输入输出。虽然这个例子比较简单，但可以使得学生对于GPIO的应用有一个比较直观和感性的认识，让他们觉得正在学习的这些知识是有实际工程价值的，因而会更加注意听讲，有的学生受此启发，甚至把自己正在酝酿的一些相关的科创思路拿来找教师讨论，增加了其学习信心。

我们对本科生引入的科研成果形式一般较为简单和基础，但已经在工程上得到了应用，确实是实用知识；对于研究生的理论教学课程“DSP原理与应用技术”中引入的科研成果形式则比较复杂些。例如，我们在讲述DSP内带A/D时候，把工程项目中DSP需要外扩A/D芯片的具体思路给大家进行了讲解，顺带讲解了工程中选择A/D芯片的一般做法，并讲解为什么有些工程产品中不用内带A/D功能。这种讲授方法引发了学生的兴趣，也开拓了他们的学习的思路。

当然，在课堂教学引入科研成果的时机要选择恰当，要根据学生的水平、专业层次选择合适的内容，否则，效果可能会适得其反。

2　科研成果用于DSP实验教学

课堂教学引入科研成果其形式主要以图片、流程图和框图等实现，虽然有一定的直观性，但还需要借助实验教学弥补实践操作上的不足。

我们的DSP实验教学包括本科生“DSP实用技术”课程的课内实验(每年约210人左右)，研究生公共实验选修课程“DSP技术应用”(每年约190人左右)，研究生理论课程“DSP原理与应用技术”(每年约40人左右)课内实验等三个实验教学环节。在进行实验教学的时候，需要考虑授课对象的差异，即本科生和研究生之间的背景知识和专业知识之间的差异。

本科生的实验一般比较简单，学时相对也较少，可以设计较为简单的实验，例如：GPIO实验，A/D转换基本实验等。这些实验，与常规要求的实验比较一致，但是与常规实验不同之处在于，引入科研成果或项目的工程背景知识之后，学生的兴趣会更为显著，实验效果也更好，也为后续解决复杂的工程问题打下较好的知识基础。

研究生的层次较高，且已经具备了一定的数字信号处理知识基础，因此，在设计实验的时候，要考虑适当引入一些有难度的实验。例如，我们在研究生实验教学中，设计了具有项目背景知识的“任意周期性波形的频率自动确定实验”。对于博士生或具有较高要求的硕士研究生而言，设计了“基于频谱分析的信号分类和显示实验”，结合这个实验，可以在一定程度上预先锻炼研究生的项目能力，为其后续的相关科研工作积累一定的基础。

3　科研成果的分解和作用

我们在教学中引入科研成果的时候，并不追求完整引入一个大系统，这样会显著增加学生的负担，也会增加教师的传授精力，很多时候会得不偿失。我们的做法是，在备课的时候如果确实需要引入科研成果，则会考虑把一项成果中的不同部分进行剥离和分解，将剥离分解后的不同部分用到不同层次的教学环节上去。

例如，我们把横向项目“电梯限速器测试仪检定系统”中基于DSP的系统划分为几个部分：GPIO部分、速度测量部分、打印机部分等。其中，GPIO部分可以用于课堂教学和实验教学中的基础知识，速度测量部分用于DSP外部中断部分内容的课堂讲解中，打印机部分用于串行通讯接口的课堂和实验教学中(项目中使用的打印机是串口接口)。

又例如，我们在纵向课题“电子电路故障诊断技术研究”中的相关内容划分为：数据采集、信号处理、故障诊断三个基本部分。其中，数据采集主要涉及可测暂态信号的高速采集，可以用于本科生和研究生的课堂和实验教学中；信号处理主要包括数字滤波、快速傅里叶分解(FFT)和小波分析(WT)等，可以用于硕士研究生或博士研究生的教学中；故障诊断的内容较多，我们有选择地把其中的欧式距离分析用于本科生和研究生的教学中，而其中涉及到的神经网络和机器学习技术一般用于研究生和博士生的教学中。