“数字信号处理器”课程教学研究与改革探索

“数字信号处理器”课程教学研究与改革探索作者：谭飚
来源：《中国电力教育》2013年第08期
摘要：“数字信号处理器”是一门工程性、技术性和实践性很强的课程，旨在培养电类本科学生掌握基本的DSP工程应用开发能力。

分析了当前本科“数字信号处理器”相关课程的教学特点及现状，从理论教学、实践教学和评价考核几个环节进行教学研究、改革探索实践，并取得了良好的教学效果。

关键词：数字信号处理器；教学方法；课程改革
作者简介：谭飚（1970-），男，江苏连云港人，宁波工程学院电子与信息工程学院，讲师。

（浙江宁波 315016）
基金项目：本文系浙江省教育科学规划2012年度（高校）研究课题（项目编号：年度SCG115）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0037-02
数字信号处理器（digital signal processor， DSP）是专门设计用来处理数字信号的可编程微处理芯片，其在电子信息通信、软件无线电、自动控制、仪器仪表、家电等领域获得了越来越广泛的应用。

[1]我国许多高校先后在电子专业和信息类专业开设了DSP芯片原理及应用的相关课程。

宁波工程学院从2008级开始在电子信息工程专业开设“数字信号处理器”课程，以满足现代信息化社会对DSP 技术人才的需求。

“数字信号处理器”是新兴技术，是信号处理的高端应用技术类课程。

该课程理论和实践联系紧密，在数字信号处理的理论基础上综合利用计算机软件技术、单片机应用技术、编程技术等实现在数字信号处理器上的应用，课程难度大。

该课程在国内大学开课的时间相对较短，缺乏教材，特别是近年来DSP及嵌入式应用系统设计技术发展非常迅速，芯片更新换代快。

因此，研究“数字信号处理器”相关课程的教学和探索实践十分重要。

一、“数字信号处理器”相关课程的特点和现状分析
1.“数字信号处理器”相关课程的特点
“数字信号处理器”相关课程综合性强。

学习该课程要具备数字信号处理的理论知识、模拟电子和数字电子技术方面的硬件电路知识、单片机技术以及软件编程的相关知识。

“数字信号处理器”相关课程实践性强。

课程的学习对象是高度集成的DSP芯片，其结构复杂，必须通过大量的实践教学环节才能让学生掌握DSP芯片的基本操作和具体应用。

“数字信号处理器”相关课程教学内容信息量大，包括DSP芯片的结构、指令系统、DSP 程序设计、DSP程序开发工具与调试工具、DSP芯片内设外设编程控制、数字信号处理算法的实现、系统硬件电路设计。

2.“数字信号处理器”相关课程的教学现状
国内“数字信号处理器”相关课程按照教学内容可以分成两类：一类以汇编语言为主，突出处理器的数据处理性能、数据I/0性能以及为实现这些性能所具有的特殊硬件结构；另一类则淡化处理器的内部结构，以C语言为主，突出DSP处理器的实际应用。

大多数高校的课时都在32～48个学时之间，其中理论教学课时为24～32个学时，实验教学约为8～16个学时。

为适应应用型人才的培养，国内各高校对“数字信号处理器”相关课程进行了课程改革的探索。

例如，桂林电子科大该课程的教学采取精选教学内容、提高验证性实验效果和设计性实验选题实用化、多样化的改革措施；[2]广西大学运用建构主义理论，采用实验协作学习小组和业余理论学习小组实施该课程的教学；[3]苏州大学采用了开放式的教学模式；[4]东南大学则以课程设计的方式实施该课程的教学，6周理论课，8周课程设计，两周成果展示汇报。

[5]
国外高校“数字信号处理器”课程一般都开设成“digital signal
processor/processinglaboratory”，即以实验的方式开课。

教学多采用任务驱动结合项目教学的方式，周课时一般为3学时，理论与实验课时比为1：1到1：2，教学内容突出处理器在数字信号处理中的应用。

以University of Illinois at Urbana-Champaign开设的“Embedded DSP
Labo ratory”为例，2011年秋季开课16周，每周3小时。

前7周课时安排：1小时理论，2小时实验，共7个实验；第8～13周做“project”，最后三周为“Final Project Demos”时间。

由上可知，国内外同类课程的教学存在下列共性：淡化理论、突出实践；鼓励学生团队和自主学习；采用项目教学法。

这些对于如何开展“数字信号处理器”课程的教学工作提供了很好的指导和借鉴作用。

二、“数字信号处理器”课程教学改革探索
1.精选教学内容，培养应用开发能力
宁波工程学院电子信息工程专业开设“数字信号处理器”48课时，课时少，因此教学内容不可能面面俱到。

根据数字信号处理器的自身特点，并结合培养学生的应用开发能力精心选择教学内容。

数字信号处理器是专用数字信号处理芯片，考虑到宁波工程学院是工程应用类本科院校，因此课程教学突出信号处理的应用，以声音信号为研究对象，教学重点之一是数字滤波、混响、回声等数字声效处理。

教学以C语言为主。

数字信号处理器是一款微处理器，从工程应用开发的角度来看，掌握微处理器的内设和外设的配置是至关重要的。

这是微处理器软件工程师必须掌握的能力之一，因此另一个课程教学
的重点内容是内设和外设的配置。

数字信号处理器内设和外设非常丰富，由于课时有限，内容选择时钟配置、存储器配置、内置AD配置、中断配置、音频接口芯片配置。

2.改进教学方法，提高教学质量
传统教师讲授而学生被动接收的教学模式不能满足现代高等教育的需求。

建构理论在现代认知理论中占主导地位，认知建构理论倡导情景化学习、自主性学习和协作学习。

[6]对课程的讲授内容进行模块化的整合，每个模块根据难易程度安排6～9个课时。

每个模块教学包括以下几个教学环节：理论讲授环节、学生自主学习环节、实践环节和汇报环节。

教师在理论教学环节从解决问题入手，以范例教学的方式突出教学重点，并在教学过程中渗入讨论式、启发式和参与式多种教学方法。

一个模块的理论环节结束后，布置相应设计性和综合性的实验任务。

要完成这种以项目或任务驱动的学习内容，学生要在课后查阅相应科技文献和芯片手册，对于较难的实验任务学生以学习团队的方式完成自主学习。

在实践环节，学生在DSP实验平台上调试设计、完成实验。

最后由学生制作实验的PPT，完成技术汇报。

学生在理论—学习—实践—汇报的教学情景中体验学习，较好地调动了学生学习的主观能动性，加强了学生对理论及其应用的理解和掌握，从而达到提高教学质量的目的。

3.加强实践教学环节，培养工程应用开发能力
教学与实验是相辅相成、不可分割的。

为了巩固课堂教学，培养学生的动手能力和创新能力，实验教学是必不可少的一部分。

课程理论课时与实践课时数之比为1：1.5，通过更多课时的实践环节加强对学生工程开发应用能力的培养。

数字信号处理器结构复杂，自制设备不稳定，因此实验室购置了北京瑞泰的DSP多功能综合实验开发系统平台。

该实验平台采用模块化设计，接口了音频编解码芯片，可以对音频信号进行处理。

现代工程教育强调更多地让学生参与实验的分析和设计，提高学生的独立思考和应用创新能力，因此大幅度删减了以验证性实验为主的实验内容。

验证性实验只保留了两个基础性入门实验，目的是让学生熟悉DSP 实验平台的使用，通过编制调试简单的DSP 程序使学生掌握使用CCS 集成开发环境。

其他的实验全是以项目和任务驱动的设计性、综合性实验，培养学生基本的DSP 工程应用开发能力，激发学生的创新能力。

在设计和综合性实验中，教师只给出设计任务目标，让学生自主设计方案，自己查阅器件资料，编制相应的程序，并调试程序，完成实验要求。

在实验过程中，教师发挥引导作用，提高学生的自学能力和创造热情，促进学生之间围绕实验内容的相互讨论、相互交流和相互协作。

4.改革考核评估方式，更全面地评价学生
教学过程是一个动态反馈互动的过程，在不同的阶段都要进行质量控制，因此必须采用科学全面的评价考核方法，加大对平时考核的比重。

平时考核的内容包括日常出勤、作业、实验表现、实验报告的质量、团队学习的表现、技术汇报的表现等。

课程的整体评分为平时70%+
期末考试30%。

学生在每次新的设计任务实验开始之前要上交任务预习报告，包括设计方案、原理分析及必要的程序流程。

该方案占总分的10%。

实验课堂程序调试占10%，技术交流考核占30%（包括书面实验报告和口头PPT报告），团队协作占15%，文献检索的考核占5%。

三、结束语
经过几年的教学实践，“数字信号处理器”课程体系基本建立。

通过课程的学习，学生DSP 工程应用开发能力得到了培养和提高。

作为一门综合性强、内容多、侧重应用、内容更新快的DSP 应用技术课程，应该进一步研究其教学，尤其要在实践教学上进行更深入的探索。

课程教学需要不断地丰富理论和实践内容，加强开放式实验室建设，更好地促进学生DSP 应用能力培养，提高教学质量。

参考文献：
[1]冯玉昌，门洪，等.《DSP原理及应用》课程教学改革的探索与实践[J].东北电力大学学报，2008，28（5）：44-46.
[2]陈紫强，黄冰.提高“DSP原理与应用”实验教学效果的探讨[J].高教论坛，2007，（6）：87-89.
[3]杨达亮.DSP课程教学改革研究[J].广西大学学报（哲学社会科学版）[J]，2006，
（S1）：93-94.
[4]俞一彪，孙兵，等.电子信息类本科DSP 教学实践与探索[J].理工高教研究，2006，25（4）：111-112.
[5]杨广琦.采用DSP的综合课程教学实践[J].电气电子教学学报，2007，29（6）：57-59.
[6]薛国凤，王亚晖.当代西方建构主义教学理论评析[J].高等教育研究，2003，24（1）：95-99.
（责任编辑：王祝萍）。