信息化模式在农业工程DSP技术实践中的应用

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　　[摘 要]数字信号处理技术（DSP）当前已经被使用在无线通信、计算机、自动控制等许多行业。为更好地完成教学任务，培养社会需要的工程师和科研工作者，需要对DSP技术与应用这门课程进行创新实践教学改革，着重增强学生的理论基础与实践经验。
　　[关键词]DSP技术;教学改革;信息化模式;农业工程
　　随着计算机和芯片技术的快速进步，数字信号处理技术被逐步用于图像处理、语音识别、无线通信和农业自动控制系统等领域[1、2]。数字信号处理课程是当前本专科高等学校中电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程等专业的一门本科专业选修课程[3-5]。本文以石河子大学为电气工程及其自动化专业开设的DSP技术与应用为例，基于信息化模式教学的理念，通过改进的课堂与实验教学方法，使学生了解DSP技术发展的前沿动态，掌握相关芯片结构和原理，并能够通过CCS平台进行简单编程应用。为了改进教学效果，教学实验室安装了30余套CCS软件，设计了相应的实验例程，并在教学方法上进行了有效改革。
　　信息化教学是指师生共同利用信息科技工具，在现代化教学理念的指导下完成教学过程的方法。在目前信息化模式的背景下的一种被广泛使用的教学方法。信息化教学是在教育心理学建构主义的基础上，以学生为中心，借助于数字资源、教学情境等来主动构建学生的知识结构。与传统的教学模式针对班级不同，信息化教学对每一个学生有着针对性，计划性，每一个学生都可以根据自己的原有水平进行知识与能力建构[6-8]。
　　一、在DSP技术与应用课程中应用信息化教学的必要性
　　DSP技术与应用课程以算法设计为核心，具有概念抽象，难度大，灵活度较高等特征。这就使得学生在学习这门课程的时候，需要较好的数学及编程基础，但是由于理论内容难以理解，具体数值计算烦琐，学生很容易在接触一段时间后失去学习兴趣。DSP技术与应用课程内容较多，涉及软硬件学习，开发环境的了解，基本算法及程序设计，同时作为一门时代性较强的学科，DSP技术与应用知识更新速度较快，仅仅通过原有的课堂理论教学及课下练习，不能使学生对于该课程的内涵达到较高的理解程度。除此之外，作为一门实践性学科，实验教学是形成学生关于该课程实践能力的关键环节，对于学生掌握该课程有着直接影响，同时也会影响对于时代创新型人才的培养[9]。在分析目前课程教学在课堂教学及实验教学中存在的问题后，根据信息化模式的指导，探索改革教学方法，加深学生对于学习内容的理解及巩固，提高课程教学的有效性。
　　（一）解决教学难点
　　与传统教学模式不同，信息化模式教学有显著的应用优势。这种教学模式通过使用多媒体工具营造直观的教学环境，真实描述教学难点，有利于加强教学效果，加深学生理解，在学生原有知识结构上构建完善新的知识网络体系。除此之外，这种教学模式还可以提高学生的自学意识及能力，在枯燥的理论教学中增加趣味性，也有利于形成良好的师生互动模式。
　　（二）激发学习兴趣
　　教学心理学的观点认为，兴趣可以驱动学生主动进行学习，即“兴趣是最好的老师”，学生对于所学内容的兴趣可以转化为强烈的学习动力，在提高学习主动性的同时对于学习效率也有很大的提升作用[9、10]。在信息化模式下进行教学，对学生有针对性地进行知识传授，有着强烈的计划性及目的性。支持学生积极参与课堂话题讨论，对于学习基础不太理想的学生，趣味性更有利于引导学生快速进入课堂情境，达到最佳的学习状态。
　　二、信息化教学模式的方法
　　（一）课堂教学改革
　　结合石河子大学的软硬件条件，课堂教学改革主要从以下几个方面进行：
　　1.讲授方式的改革
　　DSP技术与应用课程内容大多涉及硬件结构，对学生数模电等知识背景有要求，部分内容为基于CCS平台的汇编语言编程，部分学生感觉学习过程较为枯燥，基础不太好的学生会因为跟不上学习进度，失去学习兴趣。为了顾及每一个学生，增强学习过程的趣味性，提高学生学习兴趣，在讲授过程中添加了大量各种类型的DSP应用于实际工程的实践案例，让学生觉得学习DSP技术能够用于今后的工作实践，在增加了学生的学习动力的同时，也提升了学生对课本知识点内容的理解水平。此外，为了提升和巩固课堂学习效果，布置了相应的课堂练习题，使学生通过听、學、练的过程加深对知识的理解。
　　2.在线教学方式的改革
　　由于课时设置安排不合理，课堂教学时间有限，部分学生在90分钟的课堂教学过程中不能充分理解老师所讲的教学内容，想通过课余时间观看教学视频对课堂教学内容进行进一步的深入学习。现有的网络资源不能充分满足学生的在线学习需求。在信息化模式的指导下，使用多媒体教学工具，精心设计制作教学视频，可针对课堂上对学生难以理解掌握的知识点，使学生能够在课后点击视频观看，根据自己的学习情况反复学习，以加强学习效果。同时，配合视频给出相应的在线测试题，让学生在观看完某部分视频讲解后，可以及时完成相应的练习，并给出详细解答。如果测试结果不理想或者学生对于知识点仍然存在疑惑，学生可以选择反复观看视频或者求助教师和同学。这样，学生通过学习—练习—再学习—再练习的循环过程对学习进行了有效的深化与巩固。
　　3.课堂作业的改革
　　DSP技术与应用课程需要学生掌握的理论知识点较多，部分内容较为抽象，学生普遍反映记忆起来比较困难。例如，DSP芯片的管脚结构、不同标志位的含义等知识点。由于在工程实践中，大量此类知识点应用可以凭借查阅手册和互联网查询的方式便捷获取，对于这些知识点的死记硬背也无法有效提升学生的实践能力。因此，在教学改革中结合这一课程特点，将大量需要记忆的知识点从考试内容提前到课堂练习和课后作业中，将考试的考察重点放到具有逻辑关系的知识点上，如流水线原理、哈佛结构原理等。
　　（二）实验教学改革
　　DSP技术与应用作为一门应用型学科，应该注重理论与实践相结合，尤其强调学生的动手操作能力。如果学生对于理论知识掌握得很好，在传统的纸笔测验中可以得到较高分数，但是实践编程、系统设计能力不强，工作中就很可能会出现“眼高手低”的现象，在工程实践中可能碰到难题而无法找到相应的办法进行解决。为了确实锻炼学生的动手能力，在原有实验项目上，结合课堂教学内容改革了试验方法，具体主要体现在以下几个方面： 　　1.实验项目的改革
　　在DSP技术与应用的实验过程中，不同学生编程能力及系统设计水平千差万别。以汇编语言实现四则运算实验为例，基础好的學生半个小时左右就能够完成，并且在此过程中体现出较好的操作能力，取得较好的实验结果。而部分基础薄弱的学生在90分钟的实验课时间内无法完成所有的实验项目。因此根据这一情况，在实验教学过程中，把实验项目设置为必做和选做，对实验项目进行分层，不同编程能力的学生可以根据自己的学习情况选择不同的实验项目。例如，编程能力较强的学生可以在完成基本的加减乘除所有项目之后，选做浮点数的算术运算，而编程能力一般的学生只需要完成加减法项目即可。除此之外，在必做实验项目之外，设置一些趣味性的选做项目，比如花样流水灯设计实验。
　　2.实验分数考核的改革
　　在原有的实验课程中，由于所有学生实验项目均相同，学生的实验分数主要以完成实验所需的时间为依据来决定，相对来说比较单一，不能体现全面评价的思想。比如最先给出正确实验结果的学生，其代码质量不一定高。以汇编语言实现四则运算实验为例，部分学生虽然能够迅速完成编程，也能按照教材中给出的部分数字得出正确的运算结果，但其所编程序未考虑到进借位、最大数值溢出等特殊情况。而有些学生虽然完成速度较慢，但代码全面考虑了各种边界运行情况，且注释全面。因此，在实验分数给出方面，应综合参考代码质量和完成速度，以代码质量为主，完成速度为辅。通过考核方式的改革，引导学生进行高质量的编码，同时养成良好的代码注释习惯。
　　3.实验讲授方式的改革
　　在以往的实验过程中，为了讲明白实验过程，通常是老师先自己操作一遍实验项目，边做边完成实验讲解，学生要完成的只是模仿老师做一遍，得出同样的实验结果，最后老师检查打分。这样做的好处是学生在实验过程中不易出错，实验进行得较为顺利。然而，这种实验过程与学生实际工程场景存在较大差距，难以培养学生理解项目及动手操作的能力。为了增强学生的实际工程能力，在部分实验过程中采取学生阅读实验要求、动手编写代码、自行编写测试用例、实验互查的方法。以学生为中心，老师只是简单引导学生，由学生独立完成整个实验过程，同时也可以让学生互查，查找其他实验分组学生的代码编写的问题，培养学生的实际工程能力及协作能力。
　　以提高学生实际能力为导向，从课堂教学改革和实验教学改革两个方面出发，对DSP技术与应用课程理论与实践教学改革进行了一些尝试和探索。实践表明，结合讲授方式的改革、在线教学方式的改革、课堂作业的改革、实验项目的改革、实验分数考核的改革、实验讲授方式的改革，能够有效加深学生对学习内容的掌握程度，提高学生的自主学习能力，增强学生的实践经验，提升学生在实际工程中的开发设计能力。
　　参考文献：
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　　[5]赵继政，李敏通，宋怀波，靳标.借鉴CDIO理念的DSP课程实践教学改革探索[J].高教学刊，2017（20）：75-76，79.
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　　[9]仲伟波，葛秀梅，石婕.“卓越工程师计划”下DSP课程教学改革探讨[J].江苏经贸职业技术学院学报，2014（2）：79-82.
　　[10]曹斌芳，黎小琴，乔闹生.面向应用转型的DSP课程案例教学改革尝试[J].当代教育实践与教学研究，2017（5）：134+126.
　　[作者简介]
　　周杰（1982—），男，湖南湘乡人，副教授，研究方向：物联网应用
　　田敏（1968—），男，河南商丘人，副教授，研究方向：农业信息技术与精准农业
　　[作者单位]
　　石河子大学
　　（编辑：薄跃华）
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