地方高校应用型课程改革探索——以《DSP原理与应用》为例

苓树奇，安建珍，康学福，张步达

(天水师范学院,甘肃 天水 741000)

1 课程改革的背景及必要性

1.1 课程改革的背景

为主动应对新一轮科技革命与产业变革,积极推进"中国制造2025"等一系列国家战略。2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设势在必行。自从2017年教育部发布了《新工科研究与实践项目指南》后,各高校通过紧锣密鼓的研究商讨,逐步形成了“复旦共识” “天大行动” 和 “北京指南”。 在此基础上形成了高等教育中的新工科建设思路。其目标是培养未来多元化、创新型卓越工程人才。 因此,在“新工科”大背景下,作为地方应用型本科高校,需要深入研究如何根据新的工程教育理念来支撑新工科专业建设,积极探索分类培养、因地制宜多样化应用型工科人才培养模式,建构“产教融合、协同育人”的新机制,培养面向未来的卓越工程人才[1]。

《DSP原理与应用》课程是国内自动化专业、电子类专业的重要课程。该课程主要讲授支持复杂运算的DSP嵌入式系统的应用设计,在航空航天、新能源汽车、轨道交通等诸多涉及国计民生的领域有着广泛应用。

该门课程的理论知识学生学习相对复杂枯燥,涉及到DSP芯片体系结构、编程指令系统、外围电路设计、信号处理算法等,并且要求一定的编程语言基础。同时由于该课程涉及数字信号处理理论,对于本科生而言接受程度较低,其次,DSP一般作为嵌入式系统的核心控制部件,跟电路理论、模电、数电等相关课程知识相关。因此,该课程是一门需要以多学科基础作为支撑,更偏向于应用的综合性技术课程[2]。目前国内地方性高校关于DSP技术的课程的培养计划,主要以教师上课讲授理论,再配套相关实验在实验箱上进行训练的方式进行,其中理论教学占比大,耗时长。这种传统教学方法的设计初衷在于理论配合实验,以便学生能够在理论基础上对实践有所掌握。然而,随着DSP技术的发展,当前行业发展突飞猛进,而传统课程教学设置的还是经典知识加传统教学模式;课程教学模式单一,注重知识灌输,缺乏学生的有效参与和个性化培养,加之其在人工智能、模式识别等新兴领域应用越来越广泛,传统实际教学模式已经不能与快速发展的DSP技术相适应,且在实际教学过程中该教学方法存在如下问题:1) DSP理论技术对于本科生来讲接受相对困难,大量的课时用于理论课填鸭式教学且纷繁复杂的理论知识让学生抓不住重点难点,学生因枯燥无味产生懈怠心理,进而容易放弃该课程的学习;2) 该课程对应的实验课程多以实验箱为依托,学生在实验箱上进行接线或演示性实验。这种先理论后实验的方式使得理论教学与实验脱节,且实验箱实验设备老旧,不能与当前社会需求和先进技术发展相匹配。

1.2 课程改革的必要性

探索更加高效的新工科教学模式,适应地方应用型大学建设定位,面向应用的课程不能按照“985、211”等著名高校精英型教学课程体系,也不能遵循高等职业教学体系[3]。应用型课程应在学习基础理论知识的基础上突出应用型教育的特点,重视实践能力的培养,以培养出多元化适用地方发展的应用型人才为目标。当前,地方高校大多数应用型课程教学仍然沿用“985、211”等名校培养方案,这与地方高校应用型大学的办学定位不符,也不符合传统理工科向新工科转变的趋势,按照传统方案培养的学生,根据实际的教学效果来看,大多数学生将考试通过作为课程学习的唯一目标,且在课程学完以后仅仅掌握部分基础知识,很难将所学技术应用到实际工作中,不能与企业用人需求相匹配。长此以往使地方高校应用型大学建设进程推进缓慢,迟迟不能满足国家高等教育方针的实施。因此,对于地方高校而言,必须积极推进课程改革,满足服务地方的定位。本文以《DSP原理与应用》课程为例,以实际项目应用为导向,探索新工科课程改革方案。

2 课程改革与实施

2.1 教学内容与教学方法的改革

在天水师范学院电信学院电子信息工程专业“项目驱动-分层培养-专业领域细分”的职业化人才培养模式框架下,改革过程中充分依托天水师范学院电信学院电源创新实验室先进资源,对于《DSP原理与应用》课程的改革,放弃传统的晦涩难懂的“理论讲授+实验操作”的学习方式,而是把授课重点放在实现DSP技术真正应用到其控制对象为目标,形成“所学即所用,学习的过程就是应用的过程”的新工科课程培养模式。该模式摒弃传统的理论填鸭式教学方法,将DSP技术直接面向对象,即当需要控制一个对象时,以DSP为核心,围绕该对象的最小控制系统展开教学实践,最终实现该对象的控制目标,进而让学生掌握从学习、设计、开发、实现的一整套DSP技术流程。

在传统《DSP原理与应用》教学模式下,教学流程如下:按照教学大纲设定的课程章节,进行理论授课,在理论授课到对应章节后穿插实验教学。最后进行理论考试加实验考试的形式进行考核。传统教学模式下的实验教学一般在实验箱上进行,这种实验方式主要以实验验证为主,学生接受知识的过程是被动的,缺少创新性、发散性以及前瞻性,。

相比于传统教学模式,面向对象的《DSP原理与应用》教学模式流程如下:第一阶段确立电机等研究对象,然后进入实验室学习实验仪器基本操作,同时进行DSP基础知识的学习,该阶段主要以教师引导,学生自学为主。在完成第一阶段的学习后,学生进入第二阶段的学习,主要学习电机控制所需要的DSP技术专项知识,内容主要是AD模块、PWM模块、EQEP模块等知识的学习。第三阶段学生学习进入实践操作,其核心任务为设计DSP最小控制系统,利用设计的最小系统,驱动电机运行。第四阶段对自己设计的控制系统进行优化,课程延伸,最终达到掌握一整套DSP技术开发流程,最后进行考核验收。

对比传统教学模式和面向对象的教学模式可以看出,面向对象的教学方式具有如下特点:

1) 更加要求学生积极主动学习,避免填鸭式的教学模式,让学生学习化被动为主动。2)更加注重实践,从项目确定开始,实践贯穿始终。

2.2 培养考核机制改革

随着培养方式的改变,考核机制也必须适应面向对象的培养方式考核形式。当前《DSP原理与应用》课程的考核主要分为理论考试和实验考查。理论考试以课上讲授的理论知识为基础,实验考查以实验报告、出勤情况实操表现等为基础,此类传统的考核标准较低,教学评价趋于形式化,不能与全面考评学生的工程素质和实践能力相匹配。作为满足时代发展需要的应用型课程,应该更加重视学生的实践能力,即通过课程的学习,在项目实践中做出相应的成果,在培养中突出应用导向,把顺应时代发展需要,符合企业用人需求作为学生课程学习情况的考核依据[4-6]。在考核过程中应当把握好如下重点。

1) 满足地方应用型大学办学定位

根据地方应用型高校的办学目标以及从企业认可的专业细分领域获取的经验,完善当前课程特色。进一步明确学生的培养目标,把培养企业用的好,留得住,踏实肯干的行业细分工程师作为学校专业培养的主要任务;根据细分工程领域建立健全行业规范、工程规范、工艺规范、测试规范,以工程规范来评价学生的实践活动;建立合理完善的质量监控体系和培养反馈机制,企业的用人反馈用于动态调整专业培养目标。

2) 结合课程特色,实施全过程考核

为了全面考评学生的工程素质和实践能力,结合课程改革的实施模式,必须建立多元化的考核方式。该门课程的改革模式主要以项目为依托,因此在考核过程中,需要对项目的整个流程和时间节点进行具体划分,主要包括任务书确定、总体方案设计、项目实施过程、重点难点问题解决、结果分析与报告总结、课堂表现、团队协作能力、创新实践能力等。在每一个环节上都要根据学生所处的学习阶段予以考核量化。让考核贯穿课程实施全过程能够充分发挥学生的主观能动性,激发学生参与项目的兴趣,从而促进教学改革。通过全面考核学生的项目实施的全部过程,准确评价学生的工程素质和实践能力。

3 地方高校应用型课程的改革推广

《DSP原理与应用》课程作为地方高校工科类应用型课程的其中一门,其具有代表性和普遍性,因此对于地方高校应用型课程的改革推广,该门课程具有典型的参考意义。从电气工程及其自动化专业分析,其专业核心课程如《电力电子技术》、《电机与拖动》、《高电压与绝缘技术》,从工科类专业的课程分析,如机械设计及其自动化专业的《液压传动》、《机电一体化》、《数控技术》等课程,计算机科学与技术专业的《嵌入式系统设计》、《数据库原理与应用》、《算法与数据结构》等课程都可以以项目驱动的教学模式展开教学,以满足地方高校应用型专业的办学定位,同时学生也能够学到真正的所学及所用的专业知识,为自己将来就业提供更加可靠的保障。

4 结语

本文以地方应用型大学建设定位为参考,以更加高效的新工科教学模式为切入点,以《DSP原理与应用》课程为例,探索并提出了一种适用于地方高校应用型课程的改革方案。该方案具有如下优点:改变传统的上课讲授理论,学生化被动填鸭式听课为主动学习并实践;通过应用为导向的实践,学生掌握完整的技术开发流程,在今后的开发中主动形成技术方案,起到授人以渔的效果;更加注重实践,学生从进入实验室开始学习至完成DSP学习目标,实践贯穿始终;更加符合地方高校建设应用型大学的战略定位。