基于虛擬仿真的DSP課程教育模式探索

翟淵+李作進++楊君玲

摘要：為了提高DSP課程的教學水平，對DSP課程的教學改革進行了探討，分析了課程改革的目標及該課程存在的主要問題，從課程的教學方法、實踐方式、考核內(nèi)容以及提升教師自身能力等幾個方面對課程的教學改革方法進行了探討。

關鍵詞：DSP；教學方法；實踐方式；考核內(nèi)容

中圖分類號：G44 文獻標示碼：A

數(shù)字信號處理器（digital signal processor，DSP）是對數(shù)字信號進行高速實時處理的專用處理器，它具有計算速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點，是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的強大工具[1]。目前，隨著半導體工藝的提高，DSP芯片的性價比越來越高，DSP在信號處理、語音圖像、儀器儀表、醫(yī)療電子、電池管理等諸多領域被廣泛應用，相關工程領域對DSP芯片以及掌握DSP技術的人才的需求也越來越大，國內(nèi)許多高校的工科專業(yè)為研究生和本科生開設了DSP課程。

一、課程改革的目標

DSP課程的培養(yǎng)目標，除了使學生掌握DSP的原理及應用方法，還要培養(yǎng)學生的動手實踐能力，要求課程的教學應該更偏重于實踐環(huán)節(jié)，重視實驗內(nèi)容規(guī)劃和實驗平臺建設。教師不僅要精通DSP的知識體系，還必須具備一定的工程設計素養(yǎng)[2]。對于DSP課程而言，教學過程中使學生不僅學到DSP軟硬件及外設應用知識，同時也要實際產(chǎn)品設計開發(fā)能力。虛擬仿真軟件的引入，豐富的虛擬測試儀器、儀表資源也被引入進來，豐富的原件庫使得DSP應用開發(fā)也可以利用仿真軟件實現(xiàn)，在虛擬仿真軟件進行DSP應用的開發(fā)，學生不僅掌握了DSP相關的理論知識同時也掌握了DSP實際工程項目的設計能力。這樣，學生畢業(yè)后能夠快速地在DSP相關領域進行產(chǎn)品設計與開發(fā)，真正提高學生的專業(yè)技能和素質。

二、DSP教學存在的問題

在知識更新方面，DSP技術發(fā)展很快、比如對于C2000系列，已經(jīng)從原來TMS320F2407發(fā)展到TMS320F2812然后再到目前的TMS320F28335，DSP器件的性能以及外設已經(jīng)發(fā)生了巨大的飛躍，但一些老師還在講授TMS320F2407，很多年前的講稿還在使用，教材也選用幾年前的教材。DSP迅猛發(fā)展的新知識不能及時傳授給學生，課堂所講內(nèi)容嚴重滯后于當前的主流技術應用，致使學生畢業(yè)后對DSP項目不能迅速上手開發(fā)。

在DSP教學方面，“填鴨式”的教學方式忽略了學生的主體作用，這種教學方式對于DSP課程這種實踐性很強的課程顯得很不合時宜，直接導致DSP課程晦澀難懂。比如在講CMD文件的配置時，如果學生不理解存儲器映射的道理，那么CMD文件的配置只能照本宣科，只能跟著老師進行配置，一旦自己開發(fā)項目則無法對CMD文件進行正確配置。

在教學手段方面，老師講課還是以講芯片各部分的外設為主，比如對事件管理模塊這一部分為例，教師花了大量時間講解PWM的工作原理，工作方式，PWM控制器的結構，配置寄存器等內(nèi)容，耗費大量時間，但真正實踐還要等到同學去做實驗才能實現(xiàn)。學生在課堂上只能聽到枯燥的原理、以及大量的寄存器及配置方式，不能和實踐相結合，難以達到理想的學習效果。

實踐操作方面，DSP課程是實踐性很強的應用性課程，實驗對培養(yǎng)學生在DSP技術方面的工程應用能力與科技創(chuàng)新能力至關重要。然而，DSP實驗室的建設需要大量的硬件設備支持，PC機，試驗箱，仿真器，擴展模塊等缺一不可，這些需要大量的購買和維護經(jīng)費，難以做到滿足所有同學的需求，而幾個同學公用一套設備又往往造成只有一個同學在做，其他同學只是圍觀的情況，實踐效果變得很差，這也使得DSP的考核方式只能以最后的理論考試進行考核，單純的理論考核很難反映出學生的DSP的學習水平。

因此，DSP課程需要在教學內(nèi)容、模式、手段和考核方法等方面進行教學改革，虛擬仿真軟件Proteus作為功能強大的單片機應用系統(tǒng)的虛擬仿真平臺，已經(jīng)成為單片機原理課程教學改革的重要工具[3]。Proteus目前已經(jīng)支持DSP的開發(fā)，因此把Proteus仿真軟件引入DSP教學環(huán)節(jié)從而促進DSP課程的教學改革顯得勢在必行。

三、DSP課程教學改革方法

（1）教學方法的改進

如前所述，傳統(tǒng)的課堂教學只傳授理論的教學方式使得課堂教學效果很差，學生難以理解，因此可通過引入虛擬仿真教學來強化學生的理解。老師在課堂上首先講授一些必需的知識點，如芯片參數(shù)、各部分外設工作原理外，其它學時可以在通過虛擬仿真軟件的演示來加深學生對這些知識點的理解。以串口通信知識點為例，教師在教室里講解了串口的結構、原理和寄存器設置等內(nèi)容后，利用虛擬仿真軟件搭建DSP的串口通信實例，通過實例程序，給學生介紹幾個寄存器的設置，并用串口實現(xiàn)通信的功能。實例運行以后抽查學生上臺動手操作，并讓他們通過寄存器的不同設置得到不同的波特率和通信方式，達到對串口這一知識點的深入理解。課后布置一個串口通信的小作業(yè)讓學生自己完成，由于虛擬仿真不需要實物，學生只要有電腦就能進行編程操作。

（2）強調學生的實踐能力

實踐教學對于增強學生的感性認識、學習和掌握理論知識，提高學生的綜合素質、培養(yǎng)學生的實踐能力與創(chuàng)新精神具有重要作用。教師應自己主持和設計實踐教學環(huán)節(jié)，并提前發(fā)給學生，學生可提前預習以及編寫程序，到實驗室也只是驗證自己的程序是否正確。由于可利用電腦進行仿真編程，因此試驗箱的作用只是用來驗證仿真與實驗是否一致，Proteus仿真軟件經(jīng)過這么多年的發(fā)展已經(jīng)做到仿真和實際基本一致，不一致的情況也主要是一些時序方面，這種情況目前也極少發(fā)生。為了培養(yǎng)學生自主學習的興趣和積極性，鍛煉和提高學生的實踐能力，還應該在最后一次實驗為學生設計具體的DSP項目的實驗。把目前市場上具體的DSP項目引入到實驗環(huán)節(jié)讓學生來完成，通過DSP項目的開發(fā)，推進教育教學與生產(chǎn)勞動和社會實踐的緊密結合，使得學生畢業(yè)后能快速上手DSP產(chǎn)品的開發(fā)。

（3）突出實踐的課程考核方式

課程的考核方式作為教學的最后環(huán)節(jié)，能夠檢驗教學的效果，但DSP課程作為實踐性較強的課程，若采用傳統(tǒng)的閉卷考核方式則不能夠反應學生的學習效果，也就是會出現(xiàn)我們常說的高分低能的現(xiàn)象。因此DSP課程的期末考試擬包括兩部分：試卷的理論部分占30%，綜合性實驗占70%。綜合性實驗為一個具體的DSP程序設計題目，程序的編寫及最終的運行效果在Proteus軟件上進行，因此期末考試也安排實驗室中進行，學生利用虛擬仿真軟件來檢驗程序的正確與否。由于不需要實驗板，也不存在實驗板常出現(xiàn)的硬件問題，因此學校的硬件設施基本上能夠滿足考試的硬件要求。

（4）提升教師自身實踐能力

在教學過程中教師要努力把科研成果、工程實踐和工程經(jīng)驗轉化為教學內(nèi)容，把新知識、新理論和新技術充實到教學內(nèi)容中，為學生提供符合時代需要的教學內(nèi)容。首先，根據(jù)課程內(nèi)容與教師自己的研究方向，選擇與單片機相關的企業(yè)進行具體的DSP設計項目的技術合作。其次，學院應對教師的實踐能力進行考核，以此來增加教師實踐的積極性。隨著信息技術及智能化的不斷發(fā)展進步，如DSP也逐漸向更高性能的方向發(fā)展，每過幾年DSP芯片也會換代，外設越來越復雜，性能也越來越強，對此教師自己也應有清醒的認識，只有通過不斷掌握新知識，才能教給學生新知識，才能適應社會不斷發(fā)展的需要。

四、總結

現(xiàn)行高校DSP課程主要是以課堂教育為主，課堂教育與實踐環(huán)節(jié)的脫節(jié)使得學生實踐部分不能順利完成，難以滿足學生畢業(yè)后工作和競爭的需要。而本文通過引入虛擬仿真技術到DSP課程中，注重了學生的實踐環(huán)節(jié)，提高了學生實際動手能力。本文對DSP課程改革的教學方法、授課方式、考核方式、考核內(nèi)容等進行了探討，可為高校工科專業(yè)DSP課程建設與改革提供一定的參考。

參考文獻：

[1]姚睿，李增武，付大豐，等.基于Proteus的DSP虛擬實驗系統(tǒng)設計與開發(fā)[J].實驗技術與管理，2015，32（3）：123-125.

[2]周開軍，陳勇.商科院?！癉SP技術及應用”課程教學改革[J].中國電力教育，2011（5）：79-81.

[3]張毅剛，胡瑞強.基于Proteus的單片機課程的教學改革與實踐能力培養(yǎng)[J].教育教學論壇，2012（5）：149-150.

作者簡介：翟淵，男，漢族，1983年12月生，河南商丘人，重慶科技學院講師，博士，主要從DSP教學及研究。