信息化模式在農業工程DSP技術實踐中的應用

周杰 王申 田敏

[摘 要]數字信號處理技術（DSP）當前已經被使用在無線通信、計算機、自動控制等許多行業。為更好地完成教學任務，培養社會需要的工程師和科研工作者，需要對DSP技術與應用這門課程進行創新實踐教學改革，著重增強學生的理論基礎與實踐經驗。

[關鍵詞]DSP技術;教學改革;信息化模式;農業工程

隨著計算機和芯片技術的快速進步，數字信號處理技術被逐步用于圖像處理、語音識別、無線通信和農業自動控制系統等領域[1、2]。數字信號處理課程是當前本?？聘叩葘W校中電子信息工程、電氣工程及其自動化、通信工程等專業的一門本科專業選修課程[3-5]。本文以石河子大學為電氣工程及其自動化專業開設的DSP技術與應用為例，基于信息化模式教學的理念，通過改進的課堂與實驗教學方法，使學生了解DSP技術發展的前沿動態，掌握相關芯片結構和原理，并能夠通過CCS平臺進行簡單編程應用。為了改進教學效果，教學實驗室安裝了30余套CCS軟件，設計了相應的實驗例程，并在教學方法上進行了有效改革。

信息化教學是指師生共同利用信息科技工具，在現代化教學理念的指導下完成教學過程的方法。在目前信息化模式的背景下的一種被廣泛使用的教學方法。信息化教學是在教育心理學建構主義的基礎上，以學生為中心，借助于數字資源、教學情境等來主動構建學生的知識結構。與傳統的教學模式針對班級不同，信息化教學對每一個學生有著針對性，計劃性，每一個學生都可以根據自己的原有水平進行知識與能力建構[6-8]。

一、在DSP技術與應用課程中應用信息化教學的必要性

DSP技術與應用課程以算法設計為核心，具有概念抽象，難度大，靈活度較高等特征。這就使得學生在學習這門課程的時候，需要較好的數學及編程基礎，但是由于理論內容難以理解，具體數值計算煩瑣，學生很容易在接觸一段時間后失去學習興趣。DSP技術與應用課程內容較多，涉及軟硬件學習，開發環境的了解，基本算法及程序設計，同時作為一門時代性較強的學科，DSP技術與應用知識更新速度較快，僅僅通過原有的課堂理論教學及課下練習，不能使學生對于該課程的內涵達到較高的理解程度。除此之外，作為一門實踐性學科，實驗教學是形成學生關于該課程實踐能力的關鍵環節，對于學生掌握該課程有著直接影響，同時也會影響對于時代創新型人才的培養[9]。在分析目前課程教學在課堂教學及實驗教學中存在的問題后，根據信息化模式的指導，探索改革教學方法，加深學生對于學習內容的理解及鞏固，提高課程教學的有效性。

（一）解決教學難點

與傳統教學模式不同，信息化模式教學有顯著的應用優勢。這種教學模式通過使用多媒體工具營造直觀的教學環境，真實描述教學難點，有利于加強教學效果，加深學生理解，在學生原有知識結構上構建完善新的知識網絡體系。除此之外，這種教學模式還可以提高學生的自學意識及能力，在枯燥的理論教學中增加趣味性，也有利于形成良好的師生互動模式。

（二）激發學習興趣

教學心理學的觀點認為，興趣可以驅動學生主動進行學習，即“興趣是最好的老師”，學生對于所學內容的興趣可以轉化為強烈的學習動力，在提高學習主動性的同時對于學習效率也有很大的提升作用[9、10]。在信息化模式下進行教學，對學生有針對性地進行知識傳授，有著強烈的計劃性及目的性。支持學生積極參與課堂話題討論，對于學習基礎不太理想的學生，趣味性更有利于引導學生快速進入課堂情境，達到最佳的學習狀態。

二、信息化教學模式的方法

（一）課堂教學改革

結合石河子大學的軟硬件條件，課堂教學改革主要從以下幾個方面進行：

1.講授方式的改革

DSP技術與應用課程內容大多涉及硬件結構，對學生數模電等知識背景有要求，部分內容為基于CCS平臺的匯編語言編程，部分學生感覺學習過程較為枯燥，基礎不太好的學生會因為跟不上學習進度，失去學習興趣。為了顧及每一個學生，增強學習過程的趣味性，提高學生學習興趣，在講授過程中添加了大量各種類型的DSP應用于實際工程的實踐案例，讓學生覺得學習DSP技術能夠用于今后的工作實踐，在增加了學生的學習動力的同時，也提升了學生對課本知識點內容的理解水平。此外，為了提升和鞏固課堂學習效果，布置了相應的課堂練習題，使學生通過聽、學、練的過程加深對知識的理解。

2.在線教學方式的改革

由于課時設置安排不合理，課堂教學時間有限，部分學生在90分鐘的課堂教學過程中不能充分理解老師所講的教學內容，想通過課余時間觀看教學視頻對課堂教學內容進行進一步的深入學習?，F有的網絡資源不能充分滿足學生的在線學習需求。在信息化模式的指導下，使用多媒體教學工具，精心設計制作教學視頻，可針對課堂上對學生難以理解掌握的知識點，使學生能夠在課后點擊視頻觀看，根據自己的學習情況反復學習，以加強學習效果。同時，配合視頻給出相應的在線測試題，讓學生在觀看完某部分視頻講解后，可以及時完成相應的練習，并給出詳細解答。如果測試結果不理想或者學生對于知識點仍然存在疑惑，學生可以選擇反復觀看視頻或者求助教師和同學。這樣，學生通過學習—練習—再學習—再練習的循環過程對學習進行了有效的深化與鞏固。

3.課堂作業的改革

DSP技術與應用課程需要學生掌握的理論知識點較多，部分內容較為抽象，學生普遍反映記憶起來比較困難。例如，DSP芯片的管腳結構、不同標志位的含義等知識點。由于在工程實踐中，大量此類知識點應用可以憑借查閱手冊和互聯網查詢的方式便捷獲取，對于這些知識點的死記硬背也無法有效提升學生的實踐能力。因此，在教學改革中結合這一課程特點，將大量需要記憶的知識點從考試內容提前到課堂練習和課后作業中，將考試的考察重點放到具有邏輯關系的知識點上，如流水線原理、哈佛結構原理等。

（二）實驗教學改革

DSP技術與應用作為一門應用型學科，應該注重理論與實踐相結合，尤其強調學生的動手操作能力。如果學生對于理論知識掌握得很好，在傳統的紙筆測驗中可以得到較高分數，但是實踐編程、系統設計能力不強，工作中就很可能會出現“眼高手低”的現象，在工程實踐中可能碰到難題而無法找到相應的辦法進行解決。為了確實鍛煉學生的動手能力，在原有實驗項目上，結合課堂教學內容改革了試驗方法，具體主要體現在以下幾個方面：

1.實驗項目的改革

在DSP技術與應用的實驗過程中，不同學生編程能力及系統設計水平千差萬別。以匯編語言實現四則運算實驗為例，基礎好的學生半個小時左右就能夠完成，并且在此過程中體現出較好的操作能力，取得較好的實驗結果。而部分基礎薄弱的學生在90分鐘的實驗課時間內無法完成所有的實驗項目。因此根據這一情況，在實驗教學過程中，把實驗項目設置為必做和選做，對實驗項目進行分層，不同編程能力的學生可以根據自己的學習情況選擇不同的實驗項目。例如，編程能力較強的學生可以在完成基本的加減乘除所有項目之后，選做浮點數的算術運算，而編程能力一般的學生只需要完成加減法項目即可。除此之外，在必做實驗項目之外，設置一些趣味性的選做項目，比如花樣流水燈設計實驗。

2.實驗分數考核的改革

在原有的實驗課程中，由于所有學生實驗項目均相同，學生的實驗分數主要以完成實驗所需的時間為依據來決定，相對來說比較單一，不能體現全面評價的思想。比如最先給出正確實驗結果的學生，其代碼質量不一定高。以匯編語言實現四則運算實驗為例，部分學生雖然能夠迅速完成編程，也能按照教材中給出的部分數字得出正確的運算結果，但其所編程序未考慮到進借位、最大數值溢出等特殊情況。而有些學生雖然完成速度較慢，但代碼全面考慮了各種邊界運行情況，且注釋全面。因此，在實驗分數給出方面，應綜合參考代碼質量和完成速度，以代碼質量為主，完成速度為輔。通過考核方式的改革，引導學生進行高質量的編碼，同時養成良好的代碼注釋習慣。

3.實驗講授方式的改革

在以往的實驗過程中，為了講明白實驗過程，通常是老師先自己操作一遍實驗項目，邊做邊完成實驗講解，學生要完成的只是模仿老師做一遍，得出同樣的實驗結果，最后老師檢查打分。這樣做的好處是學生在實驗過程中不易出錯，實驗進行得較為順利。然而，這種實驗過程與學生實際工程場景存在較大差距，難以培養學生理解項目及動手操作的能力。為了增強學生的實際工程能力，在部分實驗過程中采取學生閱讀實驗要求、動手編寫代碼、自行編寫測試用例、實驗互查的方法。以學生為中心，老師只是簡單引導學生，由學生獨立完成整個實驗過程，同時也可以讓學生互查，查找其他實驗分組學生的代碼編寫的問題，培養學生的實際工程能力及協作能力。

以提高學生實際能力為導向，從課堂教學改革和實驗教學改革兩個方面出發，對DSP技術與應用課程理論與實踐教學改革進行了一些嘗試和探索。實踐表明，結合講授方式的改革、在線教學方式的改革、課堂作業的改革、實驗項目的改革、實驗分數考核的改革、實驗講授方式的改革，能夠有效加深學生對學習內容的掌握程度，提高學生的自主學習能力，增強學生的實踐經驗，提升學生在實際工程中的開發設計能力。

參考文獻：

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[10]曹斌芳，黎小琴，喬鬧生.面向應用轉型的DSP課程案例教學改革嘗試[J].當代教育實踐與教學研究，2017（5）：134+126.

[作者簡介]

周杰（1982—），男，湖南湘鄉人，副教授，研究方向：物聯網應用

田敏（1968—），男，河南商丘人，副教授，研究方向：農業信息技術與精準農業

[作者單位]

石河子大學

（編輯：薄躍華）