少学时应用型课程教学改革研究
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作者: 杨乔礼
摘 要: 基于《DSP技术及应用》课程特点的分析,针对既重视课程的基本理论,又要培养学生动手实践能力与创新能力的目标,本文作者在少学时的应用型课程教学中提出了理论教学模块化结合实验教学任务化的教学构想。通过课程设计和毕业设计的反馈,表明该方法在少学时应用型课程中具有良好的教学效果。
关键词: 教学改革 少学时 《DSP技术及应用》 理论教学 实验教学
1.概述
《DSP技术及应用》是电气信息类本科各专业的专业基础课程,该课程应用范围甚广、实践性极强[1][2]。针对本校而言,鉴于该课程之前已经开设了《微机原理与接口技术》、《单片机原理及系统设计》,以及《嵌入式系统设计》等课程,该课程课时安排相对较少,但课程内容的抽象使得传统的以课堂讲授为主的教学模式,很难在少学时课程教学中适应预定的教学要求和目标。由于本课程涉及的是刚刚兴起的技术,是一门新颖的、具有很强实践性的专业课程。因此,除了理论教学之外,还应该有大量的实验教学作为支撑。教学的指导思想是让学生在学完课程之后能够很快地将所学知识应用到实践中去,而不是仅仅只会在实验箱上完成简单的功能验证。于是,在少学时情况下,出现了理论和实验教学的课时合理安排和课时不足的问题。
根据已有的教学经验,结合该课程实践性强的特点,我们在少学时课程教学上,提出理论教学模块化、实验教学任务化的构想,以促进学生的学习积极性、改善教学效果、提高育人质量。
2.《DSP技术及应用》课程的特点和难点
《DSP技术及应用》是一门理论和实际密切结合的课程。它涵盖的知识面宽,要求学生不但熟悉硬件结构、指令系统和开发平台,而且掌握数字信号处理的基本理论和算法,并会使用汇编语言、C++语言、CCS等相关工具进行算法开发[1][2]。
另外,在《DSP技术及应用》课程中,CPU的内核结构是教学的重点,不同于《微机原理》、《单片机原理及系统设计》等课程。例如,单片机一般应用于相对功能单一的控制场合,硬件结构简单,软件编程一般没有复杂算法,而DSP可以应用于信号处理,硬件结构复杂,并大多强调的是软件编程要结合数字信号处理算法。虽然在《微机原理》中,我们也讲到CPU的内核结构,但只是一些简单概念,目的是为学习汇编语言编程做准备。因此,在《DSP技术及应用》教学过程中,在硬件结构的基础上结合相关算法介绍软件编程是本课程的特点,也是教学的难点。
3.理论教学模块化的建议
在少学时的情况下,怎样抓住教学要点,探讨和改进教学方法,培养适应现代化工程技术发展需求的合格人才,是我们在本课程教学中反复研究解决的问题。
3.1 重视基本概念,夯实理论基础。
DSP硬件结构复杂,指令繁多,软件编程时往往要结合数字信号处理算法,故《DSP技术及应用》课程教学的任务很重。在以往的教学中往往有按照知识点平均用力的倾向,这样费时费力,在少学时课程的教学中显然是行不通的。要达到良好的教学效果,必须重视基本概念的理解和基本方法的掌握。只有在学生对DSP硬件结构有较深认识,对指令系统熟练掌握的情况下,才可能进一步深入学习。人们学习知识总是从已知体系的向未知的领域拓展。所以在DSP课程教学中,可以类比单片机来介绍DSP硬件结构,讲解其指令系统。这样学生可以更容易掌握DSP的有关知识。总之,教师应通过各种手段夯实DSP理论基础,为学生进一步学习和实践做好准备。
3.2 在理论教学上,采用模块化教学。
改变传统的教学模式,对DSP课程内容的处理以模块化为核心,形成不同阶段的学习目标。这样做可以让学生学好每一部分内容,对每一部分的知识都体现出学有所获,然后通过合理衔接每个模块的知识,逐步完成整体教学目标。
课程的模块化教学是根据DSP的功能将内容分为若干部分,学生通过学习掌握每一部分的硬件特点和软件编程控制,进而组合多个模块,达到综合应用的目的。同时,在授课过程中,以模块化教学的方式让学生有种紧迫感,从而参与到教学中来,让学生自主地寻找解决方案,实现调动学生的学习积极性,开发其学习的潜能。
4.实验教学任务化的建议
在实验教学上,采用任务化教学。一方面,结合教学理论进程,在理论课程阶段,即课程前期,通过介绍CCS以软件实验为主,给学生具体任务,让学生熟悉DSP的汇编及仿真调试环境,基本掌握DSP汇编语言程序设计技巧。另一方面,在学习的后期,给学生具体设计任务,即在具体设计中提高动手能力,反过来也达到“做中学”的目的。我们常发现学生在学习过程中较难入门的现象,其在学习结束后仍无法独立完成编程设计。那么在理论教学模块化的前提下,如何制定实验教学任务,以及如何实施呢?
首先,任务的制定是实验教学的关键。任务驱动是基于探究性学习和协作学习的一种模式[3][4],我们认为,实验教学任务化首先是要制定不同阶段的学习目标,把所要讲授的各项理论知识和实践技能按由浅入深、现学现用的原则分解到一个个具有明确应用目标的课题任务中,让学生在规定时间内依次完成这些任务来达到教学目的。其次,要降低学生学习的入门台阶,让学生学好每一部分内容,对每一部分的知识都体现出学有所获,然后通过合理衔接每个模块的知识,逐步完成整体教学目标。再次,每个实验任务,通常不直接给出学生实验方案,而是给出学生一个学习目标,在学生学习完相关的内容时,让学生自行设计实验方案,在实验中可以给学生一定的提示,形成阶段性的实验,使实验目标有一定的难度,在少学时的实验教学中,最终让学生通过自己的努力和老师的指导解决问题,在实验中获得一定的成就感,充满信心地去学好下面的新知识。最后,在每一次完成实验任务时,教师应注意总结,针对出现的问题提出改进的实验任务,以利于今后的教学。
5.理论教学模块化及实验教学任务化的合理结合
当前,教学过程中一个严重弊端是理论与实验相脱节。有学者提到一种新的学习理念,即“做中学”,也就是在实践中学习[5][6]。在教学中,我们首先从选择教材入手。在理论教学过程中,我们强调DSP的内核结构和工作原理的讲解,选用DSP芯片原理方面的教材,而在实践教学活动中,为了突出该门课程实践性强的特点,重点选用一些DSP实验方面的教程。在具体教学过程中,把实验作为课程知识体系的关键点,贯穿于课程学习的全过程。对于DSP实验,就是先分析课程的重点、难点,确定实验内容,然后将实验按照课程教学进程,合理地分布其中,使实验教学对理论教学起到提纲挈领的作用,将实验任务与理论模块教学结合,构造出的全新课题式教学内容体系。
6.结语
理论教学模块化及实验教学任务化的结合,在少学时情况下检验这种方法最有效的手段就是课程设计。课程设计的目的是让学生在理论学习的基础上,完成一个DSP的具有综合功能的系统的设计与编程,这个相对综合的系统使学生自己主动地将模块化的理论和任务化的实验系统地整理起来,最终将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来。
最后结果表明,学生在最后的课程设计中都显得信心十足,最后的设计结果也很理想。这就鼓励我们在更多其它应用型课程,特别针对少学时的应用型课程教学,进一步探索理论教学模块化与实验教学任务化结合的教学思想,努力改善教学效果,提高育人质量。
参考文献:
[1]张毅刚,赵光权,孙宁等.DSP原理、开发与应用[M].黑龙江:哈尔滨大学出版社,2006.
[2]张涛,贺家琳,陈存彪.DSP实验教程[M].北京:机械工业出版社,2009.
[3]戚伟.任务驱动法在单片机教学中的应用[J].科技信息,2006,(6):106-107.
[4]林志贵,袁臣虎,李现国.单片机原理及接口技术课程教学改革新思路[J].电气电子教学学报.2007,(2):16-21.
[5]周川.简明高等教育学[M].江苏:河海大学出版社,2002.
[6]宋宇飞,刘化君,周正等.《DSP 原理及应用》教学的创新与实践[J].中国现代教育装备2008,(4):90-91.
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