摘 要：“DSP技术与应用”课程是一门以算法为核心且理论性很强的课程。而“DSP技术与应用”中的实验教学开展的好坏是决定高校能否培养出创新型人才的重要因素之一。本文从分析该课程中实验教学的特点出发，指出了实验教学中存在的问题。最后，针对存在的问题提出了有利于培养学生实践能力和创新能力的改革思路。
关键词：DSP课程；实验教学改革；有效性
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：2095-7394（2015）02-0116-05
0 引言
随着计算机技术的发展，嵌入式技术已经成为信息时代的主力军，各大研究机构对嵌入式系统的研究风头正劲。而越来越多的企业和公司也把嵌入式系统的研发与应用作为其发展新方向，因此，这些企业和公司亟需引进大量的与嵌入式技术相关的专门人才。数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）技术是嵌入式系统的重要分支之一，被广泛地应用在电讯、遥感、计算机网络、医疗设备、电视技术、控制理论和电力电子等领域[1]。“DSP技术与应用”课程是电气、电子和信息类相关专业学生的必修课，也是一门以算法为核心且理论性很强的课程。“DSP技术与应用”这门课程具有算法繁多、内容抽象、难以理解等特点，如果再加上课时较少，学生仅通过较短时间的学习，也就只能达到勉强入门的程度。同时，DSP课程的开设要求是学生在学完模拟电路、数字电路、C语言、51单片机、信号与系统、通信原理等课程的前提下进行。对于电气信息类专业的本科生来讲，DSP实验课是他们学习“DSP技术与应用”这门课程的重要组成部分。通过DSP实验教学可以使学生直观地认识这门课的内部规律及其应用领域。可以说，要想培养出具有综合、设计、应用、开发等能力的学生以适应市场、企业和公司所需要的人才，改革现有的“DSP技术与应用”课程的教学方法和手段，是极其必要的[2]。因此，通过改革和完善DSP实验教学体系，将会使学生从“重理论、轻实践”的误区中走出来，从而使学生所具备的实践能力更容易适应市场的需要。
“DSP技术与应用”课程本身具有概念多、难度大、灵活度高等特点。学生在学习过程中往往由于概念抽象和数值计算繁琐而失去学习兴趣。同时，“DSP技术与应用”课程包含硬件、软件、开发环境、应用平台、基本算法、程序设计等内容，[3]而且DSP技术更新的速度很快，仅通过课堂的理论教学和课外作业并无法让学生深入理解这门课的内涵与实质，其实验教学开展的好坏直接影响着学生对这门课程的掌握程度，也是决定能否培养出创新型人才的重要因素之一。因此，在分析该课程实验教学存在问题的基础上，探寻改革现有教学方法和模式，开展行之有效的实验教学来加深学生对理论知识的巩固和理解，对于提高该课程的教学有效性是非常有必要的。
1 DSP课程实验教学的主要问题
长期以来，基于DSP课程在电气电子和信息类相关专业人才培养中的重要性和特殊性，该课程的实验教学一直在整个课程体系中倍受关注和重视。但综观DSP课程的实验教学现状，其中也不同程度地存在着一些不容忽视的问题。
1.1 师资力量匮乏
大部分高校之所以开设“DSP技术与应用”课程，主要是为了满足高校为社会培养应用型本科人才的目标。因此，该课程中讲授实验课的教师不但需要具有扎实的理论知识，而且更要有良好的工程实践能力。然而，现有开设这门课程的高校中，其实验指导教师大多都有较好的理论功底，但却缺乏工程实践能力。比如，在FIR数字滤波器设计的实验中，很多实验指导教师都会为学生讲解FIR数字滤波器的原理和方法，并让学生熟悉相位FIR滤波器的特性，而学生能够做到的最好的实验结果无非是实现FIR数字滤波器的设计。其实，FIR滤波器不但能够有效地处理各种期望的数字信号，而且还具有为特定频率分量提取和信号消噪等功能。而对于没有工程实践的教师来说，他们基本不会在授课过程中提及到FIR滤波器在工程中的广泛应用。
1.2 实验条件局限
目前，各大院校的DSP实验平台都由专门的实验设备生产厂家提供，但由于固定资产管理的需要和局限，现有的很多设备一般都使用了若干年。设备陈旧不说，而且实验台的数量也无法满足学生的需要。随着现代科技的迅速发展，现有的设备已经无法满足高校培养专门人才的基本需求。实验室的整体水平与当前社会技术要求相差很大，导致学生在校期间无法接触到新技术、新硬件，而让学生去掌握和操作那些先进的技术和设备更是成为空谈。现有的DSP教学仪器设备都是以实验箱的方式封装了DSP核心电路和若干带有扩展功能模块[4]，导致了学生在实验过程中，实验箱就变成了学生理解硬件电路连接方式的“盲区”，致使学生在做实验的过程中根本无法理解和学习到DSP硬件方面的任何知识。而实验过程中大多都采用“教师示范、学生模仿”的形式授课，学生只能照葫芦画瓢，根本无法掌握实验内涵。
1.3 实验内容单一
“DSP技术与应用”课程具有理论性和技术性并重的鲜明特点。但是，在现在所开设的实验教学内容中，却无法充分体现这一特点。目前，许多高校的DSP实验教学的内容通常都是以验证性实验为主，而培养学生创新能力的设计性、探索性和创新性的实验内容很少或者根本就没有。虽然每名学生都基本上能够完成教学大纲中规定的实验内容，但远没有达到预期的效果。学生都是根据实验指导书中的内容进行实验，仅仅是机械性的操作而已。即使增加了综合性实验，也只有少数的学生能够完成，而大多数学生都在应付了事。“DSP技术与应用”课程中的理论教学内容很多，而实验教学内容却安排的很少。之所以安排较少的实验内容是为了让学生早点入门，从而增加学习兴趣。因此，一些简单、方便的实验内容就出现在实验教学中。而学生在实验过程中，只是被动地接受和模仿，甚至于无需思考，只要盲目地按照实验指导书中的步骤按部就班即可完成任务。实验内容如此单一，更妄谈与其它学科进行必要的交叉。显然，这种实验教学模式是不利于学生实践能力和创新精神的培养的。
1.4 实验题目陈旧
为了培养学生的操作技能和动手能力，DSP实验教学中理想的状态是要求所有实验题目必须以综合性和设计性实验为主，每个实验都应该涉及到DSP理论教学中所讲授过的内容[5]，而现实情况却与理想状态相去千里。一般来讲，学生对所做实验的题目的选择应该具有很大的自由度，只要与理论课的内容相关即可。可是，有很多实验指导教师却一直给出固定的题目，并提出一些简单的实验要求，只要学生能够达到实验目标就行。这样一来，完全剥夺了学生按照自己的兴趣自由选题的权利，更无法做到因材施教。现在，很多高校开设的DSP实验教学中，为学生所布置的实验题目极其相似甚至于相同，更不可思议的是上下几届的学生所做的实验题目都基本相同，没有更改和创新，在这种“上下届共用实验题目”的模式下，培养出来的学生的思维模式和知识构成也往往雷同，最终将导致DSP实验教学改革进程无法顺利推进，学生的综合实践能力的培养必然会受到限制。
1.5 实验时间安排不合理
坚持理论教学与实践教学的有机统一，是提高DSP课程实验教学有效性的重要前提。然而，由于场地、设备、资金等问题的存在，致使DSP实验教学与理论教学在时间上无法做到同步。而很多高校为了方便实验室的管理，实验指导教师在安排实验时经常将DSP实验安排在理论教学基本完成后的某个时间段集中开展。比如，很多时候理论课和实验课之间的时长跨度都在一个月以上，如此长的时间间隔，势必造成理论与实践的严重脱节。同时，由于实验设备不够充足，班级学生要分成几组轮流实验，导致部分学生等待实验的时间较长，而学生真正做实验的有效时间却很短，因此浪费了学生大量的时间。此外，由于部分实验指导教师对实验教学不够重视。因此，不同程度地存在着为方便教学而简化实验过程的情况。上述这些现象都不利于学生对新知识的消化吸收。
1.6 考核机制不完善
完善的实验考核方式能够考核出学生对课程的掌握程度。对于“DSP技术与应用”这门课程来说，绝大部分高校的考核方式大体包括理论部分和实验部分。理论部分大多通过闭卷考试的方式进行考核，理论部分所占的分值大概为70%-80%。实验部分的考核大体分为三个部分：一是学生的出勤；二是学生的实验报告的撰写情况；三是学生在实验过程中的个人表现。在这三个部分中，只有考核学生的出勤情况具有客观性。而学生的实验报告的撰写几乎千篇一律，甚至于还存在很严重的抄袭现象，最终将导致无法真正考核出学生真实的实验水平和实践能力。并且，参与实验的学生的人数众多，为数不多的指导教师很难通过客观判断来确定学生表现的好与差。考核制度的不完善，既压制了实践创新能力强的学生的积极性、主动性和创造性，又助长了在实验过程中善于投机取巧的学生的侥幸心理。
2 提高DSP课程实验教学有效性的对策
实验教学应该是在先进的实验教学理念的指导下，依托学科优势，重点围绕培养能为地方经济和社会建设服务的应用型、复合型、创新型人才的要求。改革“DSP技术与应用”课程中的实验教学，重点在于解决现有的实验过程中所存在的问题，以便调动学生的学习积极性，培养学生的动手能力，最终目标是为了增强实践教学的有效性。每一课程的教学改革都不是突击任务，不可能一蹴而就。作为一个系统工程，为使学生能在DSP实验中提高其自身的主观能动性、自学能力和创新能力，“DSP技术与应用”课程中的实验教学改革主要可从以下几个方面着手：
2.1 加强师资培养力度，内外兼顾
人才是高校发展的基石。有条件的高校能够引进在DSP技术方面有所建树的师资力量固然理想，但是现有的很多高校却很难引进合适的专门人才。因此，高校充分利用了现有资源，并且聘请具有DSP工程实践经验的工程师来为实验指导教师做专门的讲座和现场指导。再者，还通过专兼职相结合的方式，聘请有关具有丰富实践经验的技术人员作为该课程的外聘教师直接为学生授课，从而提高学生的学习兴趣，培养学生的创新性思维，将会取得更好的教学效果。另外，在“请进来”的同时，学校也可通过“走出去”方式，积极鼓励中青年教师通过校企合作形式到相关企业去学习和锻炼，并参与到DSP实验室的建设中去，提高专任实践课教师的科研能力与创新能力。
2.2 改革实验教学模式，新颖独特
在教学过程中，教学形式多变必然会吸引学生的注意力、激发学生的兴趣。在“DSP技术与应用”实验课的教学过程中，实验指导教师要充分利用了多种教学手段，致力于开发开放式的实验课件。同时，很多高校的教师积极建设了实践教学网站，以方便学生在做实验前能够充分预习和复习，变“教师讲授”为主为“学生实践”为主、变“灌输实验”为主为“启发引导学生实验”为主，从而淡化教师的主导作用与突出学生的主体作用，这一改革打破固有的传统的实验教学模式，彰显了实验过程中的因材施教的训练目的。
现有的DSP技术的实验平台大多来自于TI——美国德州仪器公司。TI是世界上最知名的DSP芯片生产厂商，占有的市场份额巨大，而现有的DSP开发平台均采用的是英文版的CCS软件来进行编程，市场上中文的实验教材和讲义几乎完全是从英文翻译而来，但因为翻译人员的学科背景的差异，导致很多翻译过来的教材和讲义晦涩难懂。面对这种情况，我们直接把英文作为教师的授课语言。尽管这样会导致对教师素质要求的挑战，但实践证明，这一举措既减少了翻译的教材带来的困扰，又充分地锻炼了学生对专业英语的听说读写能力，可谓事半功倍。同时，对照学生的实际情况，学校要求采用英文授课的实验指导教师在讲授实验的过程中，尽可能使用简单的英语词汇和语句讲授实验内容，以便学生能很快掌握学习的重点和难点。
2.3 改革实验教学内容，与时俱进
实验教学内容改革的首要任务是修订现有的实验教学大纲和实验指导书，保留经典的、具有代表性的实验，加大综合性和设计性的实验的比重。同时，由高校中所有从事“DSP技术与应用”教学的专任教师共同根据本校的学生特点来编写任务书形式的实验指导书，实验内容体现了多个层次，既要使学生能够了解DSP技术的发展前沿，又要让学生掌握DSP技术的发展现状，并能让学生对DSP技术未来的发展方向具有预见性。此外，教师积极鼓励学生参与课堂之外的科研活动。不仅可以使学生的创造性和创新能力得以增强，而且能够发扬学生的团队合作精神和勇攀科学高峰的精神。教师有责任引导学生参加教师的科研课题，激励学生与教师合作进行科学研究。同时，教师更是鼓励学生申报国家和省里的创新创业项目。这样一来，不但能够让科研和教学相互促进，还提高了学生的科学能力、锻炼了学生的科学意志。
2.4 改革实验题目，推陈出新
能够培养学生创新能力的实验选题应该按照学生学习课程的循序渐进的规律进行分层设置。也就是说，实验指导教师把实验选题分为基础型、提高型、综合型和创新型四个层次。在这四个层次中，学生可以选择教师提供的题目，而教师更愿意鼓励学生自主设计选题。在学生自主设计选题过程中，教师起着指导和引导的作用。因此，既增强了学生学习的主动性，又减少了选题的重复性。可谓一举两得。
同时，对于任何工科院校的主干课程体系来讲，每两门课程之间都或多或少地有关联。因此，我们在编排DSP课程的实验题目时，尽可能做到了与学生所学过的其它课程中的理论和实验相结合的方式进行实验设计。比如，我们将学生已经学习过的数字信号处理、单片机原理、通信原理以及Matlab软件、Proteus软件和Labview软件结合起来。学生通过完成这种多门课程结合的综合性实验，既理解和掌握了多门相关课程之间的关联，又提高了学生对熟练使用多种实验工具和实验手段的能力。还起到了温故知新的作用。
2.5 合理安排实验时间，自主灵活
大多数实验都要求学生在规定的时间内完成，现有的“DSP技术与应用”课程中的实验更是如此。再加上大多数高校的实验设备数量不足，导致实验时间安排非常紧凑，无法给学生预留足够的时间进行思考和反思，因此不利于学生持续性学习。如何让学生有充分的时间进行实验？首先，我们建立了实验室使用情况的网上预约平台，有实验需求的学生可以通过预约来进行实验。其次，创建特定时间段全面开放的实验室。所谓“特定时间段”是指不占用学生的上课时间，比如周末或者晚上；而“开放的实验室”不仅仅指的是学生做实验的时间“开放”，而且实验设备、实验项目和实验室的管理模式等都处于“开放”状态，并在实验室开放时段安排相应的教师对学生在实验过程中遇到的困难进行指导。而在实验内容上，学生可以完成教师布置的实验作业。同时，也可以选择与自己兴趣相关的实验题目进行实验。
2.6 改革考核方式，全面合理
改革传统的“期末试卷决定考试成绩”的考核方式。在考核内容上，力争做到以提升理论能力为主导、以培养设计能力为目的来进行改革。在实验考核中，将分为基础性实验、验证性实验、设计性实验和综合性实验四个部分。在这四部分中，我们采用了通过程序调试、改错能力、完成时间和实验报告等多方面进行综合考查。而且，还在学生中推行了“实验成绩累加”政策。即学生如果在学校或者市里、省里乃至国家中获得与DSP技术相关的各种竞赛的名次或者奖项均可按照某一标准折算成实验成绩进行累加。这项改革既能鼓励学生积极参加各项竞赛，又能真正做到学以致用。
总之，实验教学是高等学校培养高素质创新人才的重要途径，也是鼓励学生参与到科学实践活动中的必备手段，更是激励学生掌握新知识的必需动力。而通过“DSP技术与应用”中的实验教学的诸项改革，我们教会了学生理论联系实际的学习方法、提高了学生独立自主解决问题的能力和树立了学生严肃认真的科学态度。但是高校实验教学改革是一个长期漫长的过程，时刻都在考验着学校和教师的智慧和执行力。
参考文献：
[1]尹唱唱，孙秀娟，赵洪亮.DSP应用系统设计实验教学改革探索[J].实验室科学.2014（6）：63-65.
[2]何伟，张玲，胡小平.电子技术实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索.2012（7）：135-137.
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[4]洪波，王秀敏，徐明彪，等.基于创新理念的DSP课程实验教学研究[J].实验室研究与探索.2014，33（10）：215-218.
[5]张磊，程坦.应用型本科电气控制类DSP实验教学研究与设计[J].内江科技.2014（2）：153-155.
Abstract：Technology and application of DSP is a strong theoretical course whose core is all kinds of algorithm.It is the one of the most important factors of cultivating innovative talents when we carry out experiment teaching of DSP well.Firstly，authors analyze the characteristics of experiment teaching and point out the existing problems in the paper.Finally，the reform thinking of cultivating practical and innovative abilities of university students is proposed.
Key words：DSP course；reformation of experiment teaching；availability
责任编辑 祁秀春
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