“卓越工程师计划”下DS0课程教学改革探讨

“卓越工程师计划”下DS0课程教学改革探讨

来源:www.51fabiao.org作者:jingju发布时间:2014-11-08 16:38
本文为工程师职称论文,笔者对DSP教学现状进行调研分析,以“卓越工程师计划”为指导提出了分层次的人才培养目标,根据不同的人才培养目标对教学内容、方法改革进行探讨。
一、DSP课程特点及教学现状
 
DSP较强的理论性和实践性要求教师具备扎实的DSP理论知识、熟练的开发技能、宽阔的应用视野和丰富的实践经验。
数字信号处理器(Digital Signal Processor,以下简称DSP)是专为数字信号处理设计的一种微处理器,其开发应用己成为通信、电子等领域工程技术人员必备的技术,也是电子信息、电气控制类专业的一门重要课程。
要求学生具备一定的信号处理、电子技术基础知识和较高的学习热情。要求学校提供足够的实验装备和实践机会,摒弃传统的“填鸭式”教学模式。经过对多所不同层次院校DSP类课程教学的多年跟踪调查研究,发现目前DSP教学中存在以下共性问题:
 
(一)培养目标不明确且与课程规划不匹配
虽然每个院校的人才培养规划和教学大纲都对DSP课程的目的和意义作了详细描述,但其实际教学计划与培养目标并不匹配。DSP是一门综合性较强的课程,切不可周顾学生基础而提出不切实际的目标和要求。
在实际教学中,大多数院校的D SP课程安排32个学时(一般理论教学24个学时,实验8个学时),要求学生掌握DSP硬件结构,学习汇编程序设计,熟练使用DSP常用开发、测试工具,熟悉DSP片内外资源及其应用等。此外,由于需要电子技术、数字信号处理等先导课程支持,DSP多被安排在临近毕业的学期。短时间内要学习、掌握大量的综合知识和技能,师生普遍感觉难度较大。
 
(二)重理论,轻实践,混淆人才培养的分工
受多种因素限制,目前DSP课程教学仍然重理论、轻实践,课程考核也以理论考核为主,没有实践环节考核或仅以之为辅,对实践环节重视程度不够高。实践环节的不是使学生感觉课程内容枯燥乏味,缺乏学习兴趣。虽然很多学校己意识到了实践环节的重要性,加大了对实践环节的投入,但受学时数、实验室条件和教师自身经验与技能的制约,实践环节多采用实验室教学形式,以集成的DSP实验箱为平台,示范、验证所学理论知识,学生照葫芦画瓢,对综合实践能力的培养不够。
随着相关学科的发展和技术进步,强大的应用需求推动着DSP技术飞速发展,DSP应用范围极大扩展。如果缺乏业界支持,在人才培养上,院校的教学内容与实际需求很容易脱节。此外,企业希望院校培养的人才能够与其需求“无缝对接”,以减少其人才培养的周期和费用。随着就业压力的增大,部分院校和师生盲目迎合企业的这种需求,忽视了基础知识的学习和基本技能的培养,混淆了学校和企业在人才培养中的分工。
 
二、DSP人才培养与‘淖越工程师计划”
 
目前大多数院校仍以传统教学模式为主,强调教师传授知识的主导性,对学生学习的主体性重视不够,理论与实践脱节,考核重课本和理论,大多仅以卷面成绩核定学生的学习效果。这种教学模式和考核方式对培养创新型人才非常不利。
教育部2010年启动的“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越工程师计划”)的特点是企业深度参与培养过程,学校按通用标准和行业标准培养工程人才,强化培养学生的工程能力和创新能力。要求创新高校人才培养模式,促进工程教育改革,全面提高我国工程教育人才培养质量。“卓越工程师计划”遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则,支持不同类型的高校参与,在人才培养类型上各有侧重。参与“卓越工程师计划”的高校和企业通过校企合作联合培养人才,要充分考虑行业的多样性和对工程型人才需求的多样性,采取多种方式培养土程师后备人才。
“卓越工程师计划”的培养目标要求摒弃传统的“填鸭式”授课方法,立足于培养学生的学习能力,指导学生独立获取知识,优化教学方法,激发学生的学习热情和学习兴趣,合理利用先进的教学设备辅助教学。加强校企联合,注重社会实践,提高学生的创新能力、动手能力和语言沟通能力等,培养一大批创新能力强、适应社会发展需要的各类型高素质工程技术人才。
根据对用人单位DSP应用人才需求情况的长期跟踪调查,以及DSP学习规律和应用型人才培养特点,我们将DSP人才培养分为以下三个层次:
 
(一)初级DSP开发人才
此类人才主要从事编码、测试工作,要求掌握DSP基础知识和基本概念,熟悉DSP系统开发步骤,能够读懂简单的DSP系统硬件原理图和PCB板图,能够使用基本的开发测试工具进行程序编写、调试。可将其设为高职院校或者般本科院校工科专业人才的培养目标,培养重点是DSP应用软件的代码编写、测试,DSP系统的整体测试等,需要熟练掌握编码、测试工具的使用,以技能培养为主。
 
(二)中级DSP开发人才
此类人才主要从事DSP应用方案的细化和实现工作,要求熟练掌握DSP应用知识,具有一定的硬件设计和软件开发能力,能够承担部分DSP系统开发任务。可将其设为本科院校电子信息类专业人才的培养目标。此类人才需要能够根据需求对软硬件设计方案进行细化并给出具体实施方案,因此其培养重点是板片设计、DSP器件选型及应用、软件算法优化及实现等,熟练掌握设计、仿真工具的使用。
 
(三)专家级DSP开发人才
此类人才主要从事D SP应用系统的软硬件设计工作,要求熟练掌握DSP系统知识和开发流程,具有较高的硬件设计、软件开发能力和深厚的应用背景知识,能够根据设计要求基本独立完成系统研制、测试。一般可将其设为研究生及专业人才培养目标。该层次人才的培养需要深厚的应用背景基础,需要项目或者企业的大力支持,不是简单的技能培养,更依赖于知识和经验的积累,是一个长期、复杂的过程。
在具体的人才培养过程中,要结合学生自身基础、兴趣、相关课程的支撑、师资力量和学校实践环境综合考虑,合理设置培养目标和方案。当然上述人才培养层次之间并无严格界限,并非高职高专学生就不可以被培养成令家级的DSP应用人才。
 
三、DSP原理及应用课程教学改革思路
 
根据“卓越工程师计划”的人才培养特点和要求,结合DSP原理与应用课程的自身特点,我们在DSP教学中就教学内容、教学方式、实践创新及课程考核等方面进行了如下尝试,并取得了一定成效。
 
(一)教学内容的规划
初级DSP人才的培养要侧重于掌握DSP基础知识、基本概念,了解DSP应用系统的开发步骤,通过实践训练培养其读图能力和熟运用DSP开发测试土具的能力,重点培养其程序编写及调试能力。
根据院校的行业背景和令业需求,选用合适的DSP为教学内容,如TI的C2000或C5000系列芯片。在教学方式上,以课堂教学和实验验证为主,具体的课堂教学内容包括DSP芯片结构、硬件资源及其工作原理、指专集与汇编,DSP应用程序开发流程及调试测试工具的运用,以案例形式学习CCS下应用程序的结构、典型信号处理算法的实现以及片上常用接口应用。课时数一般为犯学时,其中理论教学24学时,实验教学8学时。
对于中级DSP应用开发人才来说,除了要求其熟练掌握初级人才所需掌握的知识和技能外,还要通过加大实践环节着力培养其D SP硬件系统设计开发和软件开发的能力,使其能够承担部分DSP系统开发任务。工科院校的电子、通信类专业的学生培养可以此为目标,因为此类令业的学生己具备一定的电子技术基础和信号处理基础。在具体的教学内容和教学方式上,除强化课堂教学外还需加大实验教学力度,同时辅以课外大作业等形式的实践环节,如在教师的指导下分组设计并实现一个DSP应用系统,以培养学生的合作、创新能力。课堂教学内容除DSP芯片结构、硬件资源、指令集与汇编、程序开发测试等外,还要增加DSP硬件系统设计,如AD /DA、人机接口器件、常用数据交换协议、常用信号处理算法设计与实现等。课时数一般为48学时,其中理论教学32学时,实验教学16学时。
对于专家级DSP应用人才来说,除了要求其具备中级人才所需具备的知识和能力以外,还要通过项目训练以及与相关企业合作,共同培养其项目开发能力,使其能够根据设计要求基本独立完成系统研制与测试。这一层次人才的培养没有固定的模式,要因材施教。在具体培养过程中,我们根据学生的基础知识和基本技能,充分创造机会让其参与具体项目和产品研发的全过程。既注重学生的硬件设计开发能力,也注重其软件开发能力,特别是根据应用背景和需求,将行业内先进的理论、方法融入具体DSP应用系统的能力培养。
 
(二)教学方式的改革
从教育心理学的角度来说,兴趣是一个人倾向于获得某种知识的心理特征,是推动人们求知的一种内在力量。对于DSP课程教学也是一样。摒弃“填鸭式”教学,推行探索式教学,树立学生的主体地位,充分发挥学生的主观能动性,激发学生的学习兴趣,可以极大地提高其学习效率。
在教学实践中,除在介绍DSP芯片结构、汇编基础和片上资源及主要工具等基础知识时采用课堂讲授的方式外,其他都可以课堂讨论和实验讨论的方式进行,在教师的指导下让学生独立思考并发表自己的看法,通过师生、生生间的多边交流和互相探讨来提高学生的自主学习能力。这种教学模式对调动教与学双方的积极性,启发学生主动地、创造性地探究和获取知识,提高其自主学习的能力,起着至关重要的作用。实验室是实验讨论的主要场所,通过实时一实验来验证所讲授的理论知识,一方面使学生进一步理解了理论知识,另一方面理论与实践的结合也可提高教学效率与实验效果。
我们在本科生DSP应用课程教学时,根据教学进度,利用模块化思想,在教师的指导下由学生逐步设计、实现一个基于TI 5509ADSP的硬件平台和一系列应用程序,取得了较好的教学效果。
具体实施过程为:在介绍了DSP芯片结构后指导学生进行DSP最小系统的设计;介绍指专集和CCS的使用后,指导学生在最小系统上实现简单的程序,如FFT, FIR, IIR等;介绍DSP片内外资源时指导学生进行存储器扩展,在存储器扩展的基础上进一步介绍DSP中程序编译链接过程及编译命专文件的编写、系统启动模式的设定等。除此之外,我们还根据学校的学科特点和行业背景,介绍了常用数据传输协议,如I2C, IIS等,常用的传感器、AD/DA及其他接口器件。课程最后辅以一个综合性的大作业,如语音去噪、变音,或是教师科研项目中的一些简单应用等。如此循序渐进,理论联系实践,教学效果明显。在具体实施过程中,学生自由组合,充分讨论,变被动接受为主动学习,既提高了学习兴趣,也增强了合作的意识和能力。
 
(三)项目支撑,拓宽人才培养视野
DSP应用开发涉及诸多知识和技能,学校培养的人才与用人单位需要的目标人才之间存在一定差异。如何尽可能地缩小这一差异,使高校培养的学生成为企业满意的人才?只有鼓励高校通过校企合作,了解企业对人才的需求,加大与企业合作培养人才的力度,营造校企之间良好的沟通环境,才能全面提高学生培养质量,进一步解决这一社会普遍关注的问题。
企业实践培训,主要培养学生灵活运用知识的能力和实际动手能力,使其养成良好的职业素养和行为习惯,这是“卓越工程师计划”人才培养的重要内容和目标。让学生参与企业实际项目的研发过程,能使学生对所学知识进行充分实践,从而能更有效地保证学生的培养质量。
当然,校企合作不是一蹴而就的,也面临各种问题,诸如学生是否适应企业的要求,企业是否能够真正提供人才培养所需要的条件等。我们在尽可能争取合适的校企合作的同时,还积极利用学校组织的各种课外科技活动,诸如本科生、研究生创新项目以及各类课外科技竟赛(如全国电子设计大赛、嵌入式设计竟赛、TI-DSP应用大赛)等,选拔具有一定能力的学生参与教师的科研项目,突出以项目的形式培养人才,提升人才的综合素质。
 
(四)灵活有效的考核方法
针对不同的培养目标,DSP课程的考核办法也应灵活多样,考核内容不能单一,既要考查学生掌握所学知识、技能的情况,又要体现教师公信力,不恰当、不完善、不公平的考核方式既无法客观考察学生的实际掌握情况,又会挫伤学生的积极性,对人才培养、师德建设不利。
一般来讲,DSP课程考核应包括基础理论知识和基本技能两方面。具体实施中对学分少、课时短的选修课程采用平时考核与期末考试相结合的考核方法。平时考核目的在于督促学生的学习,考核内容为以考勤、课后作业和平时实验为主,期末考核目的是将学生掌握知识点的情况以书面形式反馈。对一般专业必修课采用平时考核、笔试和实验考核相结合的方式,其中实验考核的目的是考核学生的动手能力,形式为平时实验和开放性项目,开放性项目要求学生分组讨论、研究并制定解决方案,主要考核学生解决实际问题的能力和团队合作能力。
根据上述教改思想,我们连续多年在江苏科技大学的硕士研究生、本科生及合作高职院校的DSP教学中进行了教改实践,既提高了学生培养质量,也促进了师资力量的建设。虽然遇到许多困难,但是总体上得到了学生、教师、学校和用人单位的一致认可。
 
参考文献(略)