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以实践为导向《DSP原理技术与应用》课程实验教学改革
摘 要：《DSP原理技术及应用》课程的实践性较强,是一门较难掌握的专业课程.本文从理论基础、实验命题、实验方式、量化考核、课时安排以及师资力量等六个维度,思考了当前DSP课程实验教学过程中的问题和困境,有针对性的提出了解决DSP实验教学环节效果不佳的若干思路,并已经在江南大学自动化系的《DSP原理技术及应用》课程教学环节中得到了应用,取得了显著的教学效果.
一、引言《DSP原理技术及应用》是当前我国各高校自动化专业普遍开设的一门专业课.以江南大学开设的该课程为例,教学中以TMS320LF240X模块的原理和应用为主线,通过介绍DSP模块和外设的基本原理,同时列举相应的应用实例,从而达到让学生基本掌握DSP开发编程能力,进而实现控制电机系统的教学目的.一般而言,在学习《DSP原理技术及应用》这门课程之前,学生需要掌握《单片机原理及应用》、《微机原理》、《数字信号处理》和《模拟电子技术》、《数字电子技术》等多门专业课,因此《DSP原理技术及应用》课程一般都针对大四的学生开设.江南大学开设《DSP原理技术及应用》课程,一共安排了40个学时,其中理论教学环节24学时,实践教学环节16学时,学时数相对来说偏少.在这么有限的学时内要求学生基本掌握DSP的开发编程能力,这对教师的教学水平要求较高.因此,从实践环节角度思考这门课的教学改革问题,合理安排实践环节的题目,调整实践环节中的教学方式,往往会起到事半功倍的效果.
本文从实践环节入手,从面向项目、灵活选题、以赛代练、综合考核、课题衔接、队伍建设等六个方面,探讨《DSP原理技术及应用》课程改革方案,以期达到真正锻炼学生动手能力、提高课程教学质量的目的.二、DSP课程实验教学存在的主要问题DSP技术在现代工业社会应用广泛,当前高校针对本课程的教学也主要面向实践领域.然而,经过一定的课时学习,学生们普遍对DSP这门课的掌握并不深入,实验操作水平也没有达到预期效果.下面,本文将从理论基础、实验命题、实验方式、量化考核、学习阶段以及师资力量这六个角度,分析当前DSP课程实验教学环节存在的主要问题.
1.理论基础较弱.当前高校对DSP课程的教学基本上都是先进行理论教学环节,理论教学结束后再进行实验环节的操作.然而,学生对书本的知识并不能完全掌握,尤其是一些基本的指令,往往听教师课堂上讲授之后,没有及时的熟悉,甚至对PWM波形产生方式、计数方式以及占空比设置等基本的知识点都掌握不了,谈何实验设计呢？目前,大多数的教学改革均完全着力于实验环节的思考,却忽视了学生对理论知识的吸收.可以说,理论基础过于薄弱,是实验环节达不到预期效果的根源.
2.实验命题守旧.各高校针对DSP这门课程都准备了一些实验题目,例如观测PWM波形并调整其占空比、练习使用键盘并观察AD口的输出、采用DSP获取电机的转速等,而这些题目往往都沿用了数年甚至更久.学生们在调试程序不出结果的时候,就会在往届学生建立的文件夹中搜寻已有的程序,尽管调出了正确的结果,学生们却不知其所以然.课堂上传授的知识点很多,但却很少体现在这些题目中,考察的范围也很少.这样一来,每一届学生学到的东西都不多,掌握的也都不扎实,毫无创新可言.
3.实验方式单调.DSP实验讲求的是动手能力,目前开设DSP课程的高校都采用集体教学的方式,即在固定的时间采取分组实验的方式,让学生们做规定的实验任务.部分高校在分组的基础上,也采用了MOOC教学的方式,让每个组分别讲述自己的实验内容,阐述自己是如何完成的,以及实验过程中遇到了哪些问题同时又是如何解决的.尽管实验方式力求多样,但是往往每个组只有1位同学真正的锻炼了动手能力,其他的组员则在旁观.可以说,单调的实验方式让学生们缺乏一种竞争意识,没有真正的激发学生的积极性和参与的热情.
4.量化考核缺失.在日常的教学环节中,任课教师都会给每位同学打出一定的实验成绩并计入总分.一般而言,实验成绩来源于以下三个方面：学生的出勤情况、学生的实验报告以及学生的个人表现.然而大多数学生的自觉性有待提高,替别人签到的现象也时有发生,出勤分数可信度并不高；实验报告往往也是千篇一律,许多学生都是将书本上的一些基本知识和示例程序提交上来,即使在个人编程环节有错误,错的往往也是一样,可见实验报告的评分也有待商榷；至于实验表现,每个同学的表现不一,任课教师很少会关注到每位同学,更多时候只是注意到那些专注于实验的学生,忽略了大多数的组员,给分难免会随意.因此,量化考核环节看似有效,实则失察.
5.学习阶段较短.DSP课程的学习并非一朝一夕,仅靠40学时掌握基础知识是比较困难的,实验环节中也难免会出现不同程度的疏漏.大多数的学生在学完这门课之后,都选择“马放南山”.作为一门极为强调实践能力的课程,DSP课程学习的精髓在于日常的程序训练和实践操作.当前课堂学习效果不佳的情况下,重视学习阶段的延续也迫在眉睫.
6.师资力量薄弱.各高校开设《DSP原理技术及应用》这门课的初衷,主要是为全社会培养应用型本科人才.因此,开设该课程的教师不仅要有扎实的理论基础,还要有很强的工程专业背景和实践操作能力.然而,当前高校承担该课程的教师普遍缺乏工程专业背景,尽管实验教师对固有的实验环节了如指掌,可是一旦脱离了实验箱,实验教师对学生们提出的问题往往就束手无策了.举个例子,在讲述DSP在交流电机调速控制这一实验内容的时候,教师往往从SPWM和SVPWM两种角度讨论DSP在电机调速方面的应用,分析程序的不同点,包括事件管理器的使用、寄存器的设置等,进而再布置一些思考题让学生们掌握实验内容.可是当学有余力的学生提出一些工程性的问题,比如说在实际工程中是否会使用SVPWM原理进行电机调速,使用的过程中在寄存器的设置方面还需要注意哪些地方,这时候一些工程背景不强的教师往往会被问的哑口无言,这也凸显出当前该课程师资力量的薄弱.
三、提高实验教学效果的对策
当前DSP实验教学存在的诸多问题已经严重影响了学生的学习效果,作为该课程的任课教师,我认为应该树立以实践为导向的观念,从多角度思考实验教学改革的措施,通过多种渠道改变当前DSP实验教学现状,从而达到为社会培养应用型本科人才的目的.综合起来,提高实验教学效果的对策有以下六个方面.
1.夯实理论教学基础.学习《DSP原理技术及应用》需要具备一定的课程基础.从课程教学的角度,首先应该考虑大多数学生对DSP课程的熟悉程度,先选择较为入门的DSP芯片作为教学对象；其次,教学过程中应尽量引入单片机的课程知识,让学生们在学习DSP课程时熟悉先导课程的内容；最后,授课重点要明确,确立以“事件管理器”为教学核心的教学计划,合理分配各章教学时间.
2.合理分类实验环节.实验环节是《DSP原理技术及应用》课程的重中之重,也是考核学生掌握本课程知识程度的重要依据.首先,有条件的院校可以聘任高年级的研究生助教帮助实验教师分配实验任务,更新实验命题；其次,实验命题的来源应当多元化,可以将实验环节分为基础实验课程和创新实验课程等两个子环节.其中,基础实验课程重在考核学生对书本知识的掌握能力,目的在于了解TMS320LF2407的事件管理模块、中断、比较器以及掌握TMS320LF2407实现PWM输出的基本方法等基本实验内容；创新实验课程环节可以安排学生自主选题,结合各高校、院系的应用研究重点开设不同的小课题,给学生多种选择.江南大学是一所面向轻工业的高等院校,在创新实验课程环节中,我们提供给学生的小课题都是以轻工业为背景,例如开设的“基于DSP的发酵罐温度控制系统”等课题,采用DSP芯片,分配硬件模块和电路,锻炼学生对实际工程的知识应用能力.
3.优化实验环节分组.在分类实验环节的基础上,学生在实验环节的固定分组现象也可以得到一定程度的改观.原本3—5人的小团队,在创新实验课题下,将进行适当的扩容,两个小团队可以整合成一个课题组,组长进行明确的课题分工,每个成员各司其职,不需要挤在一个小小的实验桌前无所事事,而是在实验室提供的器材基础上,高效的解决预设子课题的任务.
4.综合评分有依有据.每个同学的分数都包括课堂表现和实验环节两个方面,适当增大实验环节的比例,体现DSP专业课程在实验环节上的重要性,同时设定一个合理的权重.例如江南大学采用“基本实验内容+创新实验设计”的实验打分模式,两者比例为7∶3,较以往更加侧重创新实验部分,提高了同学们自主选题和完成设计的.
5.适当延长实验课时.高校任何一门课的学习,都不能仅仅通过课堂教学达到全部的教学目的,DSP作为一门基于芯片的教学课程更是如此.目前来看,学生对40学时的教学时间长度普遍表示偏少.作为任课教师,我也觉得通过16个学时的实验教学,仅仅能够让一小部分同学了解到器件的一些基本性能,熟悉CCS软件操作而已,不能够很好的应用DSP芯片解决自动化专业面临的实际问题,例如尝试控制电机的转速,完成控制系统的搭建,等等,这些具有较高实验要求的内容都无法完成.因此,适当延长实验课时,寓教学于实践,有利于我们任课教师更及时的掌握学生的学习动态,达到更好的教学效果.
6.引入企业工程教学.针对当前教学人员普遍脱离工厂实际,仅仅是围绕书本内容教授学生的问题,本文认为眼下DSP芯片的应用越发广泛,企业研发部门也越发重视引进具有工程素质的大学生,何不聘请一些具有高水平的企业工程师作为实验员,这样在设置实验内容的时候,能够更加紧贴工程和研发实际,既能够让学生灵活运用DSP芯片,熟悉课本中的基本知识,还能够更深入的了解当前企业对这一类人才的需求情况和研究方向,提高大学生在就业环节的竞争力.
四、结语
本文针对当前《DSP原理技术及应用》课程实验教学环节中的困境,从理论基础、实验命题、实验方式、量化考核、学习阶段以及师资力量等不同的角度,分析了课程实验教学问题的根源,有针对性的提出了夯实理论教学基础、合理分类实验环节、优化实验环节分组、规范综合评分标准、适当延长实验课时、引入企业工程教学等六个实验教改思路,并已经开始在江南大学自动化系的《DSP原理技术及应用》课程教学改革中实施,取得了较为明显的教改效果.
教学改革论文范文结:
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