数字信号处理器设计与应用课程实验教学改革与实践.pdf
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1、 第卷 第期 年月:数 字 信 号 处 理 器 设 计 与 应 用 课 程 实 验 教 学 改 革 与 实 践张 承 云,马鸽,刘 长 红,张 春 良(广 州 大 学电 子 与 通 信 工 程 学 院;机 械 与 电 气 工 程 学 院,广 州)摘要:数 字 信 号 处 理 器()设 计 与 应 用 是 电 子 信 息 工 程 专 业 一 门 实 践 性 较 强的 课 程,实 践 平 台 一 般 为实 验 箱,厂 商 会 提 供 实 验 项 目 和 配 套 案 例。由 于 实 验内 容 侧 重的 基 本 应 用,与 实 际 工 程 应 用 有 较 大 差 距,因 此 学 生 对 实 验 课 积
2、 极 性不 高。为 激 发 学 生 兴 趣,提 升 实 验 效 果,从 企 业 视 角 设 置 实 验 项 目、对 标 企 业 开 发平 台 配 置 实 验 平 台、编 写 实 验 指 导 书、调 整 理 论 与 实 验 课 时 分 配 等 方 面 进 行 了 改革,并 在 实 践 中 采 用 有 针 对 性 的 教 学 方 法,调 动 起 了 学 生 的 积 极 性,课 堂 气 氛 活 跃,从“要 我 学”转 变 为“我 要 学”,实 验 教 学 效 果 明 显 提 升。关 键 词:数 字 信 号 处 理 器;实 验 教 学;企 业 视 角中 图 分 类 号:文 献 标 志 码:文 章 编
3、号:(),(;,):,:();收 稿 日 期:基 金 项 目:年 广 东 省 教 育 厅 高 等 教 育 教 学 改 革 项 目()作 者 简 介:张 承 云(),男,江 西 于 都 人,博 士,副 教 授,研 究 方向 为 信 号 处 理。:;:通 信 作 者:张 春 良(),男,湖 南 衡 阳 人,博 士,教 授,研 究 方 向为 设 备 状 态 监 测 与 故 障 诊 断、数 控 技 术、机 器 人。:;:引言社 会 需 求 是 高 等 工 程 教 育 持 续 改 革 和 发 展 的 驱 动力,学 生 培 养 应 逐 步 从 课 内、校 内 走 向 内 外 结 合,充分 引 入 和 利
4、用 企 业 资 源,这 是 高 等 工 程 教 育 的 发 展 方向。我 国 高 等 工 程 教 育 的 主 要 目 标 是 面 向 企 业 培 养工 程 应 用 型 人 才,因 此 无 论 是 从 学 生 还 是 学 校 的 发 展以 及 满 足 企 业 人 才 需 求 角 度 出 发,人 才 培 养 都 应 该 融第卷入 企 业 元 素。应 用 型 人 才 的 培 养 质 量 在 较 大 程 度上 体 现 在 理 论 联 系 实 际 的 能 力、实 践 动 手 能 力 和 创 新能 力 方 面,而 目 前 的 高 等 工 程 教 育 在 培 养 学 生 解 决实 际 能 力 方 面 存 在
5、 结 构 性 短 板。课 程 作 为 人 才 培养 的 核 心 要 素,是 体 现 以 学 生 为 本 理 念 的 最 后 一 公 里,是 需 要 非 常 重 视 的 关 键 环 节。数 字 信 号 处 理 器(,)设计 与 应 用 是 我 校 电 子 信 息 工 程 专 业 的 一 门 专 业 选 修 课程,是 专 业 必 修 课 数 字 信 号 处 理 的 后 续 课 程,在上 实 现 数 字 信 号 处 理 算 法,目 的 是 提 升 学 生 数 字 信 号处 理 方 面 的 工 程 应 用 能 力。课 程 的 实 验 部 分 以 前 是 在实 验 箱 上 通 过 程 序 设 计 来 完
6、 成,涉 及语 言、数 字 信 号 处 理 原 理、芯 片 等 多 个 方 面 的 知识。由 于 知 识 点 多,若 学 生 对 以 前 所 学 的 相 关 知 识 掌握 不 牢,容 易 出 现 对 本 课 程 实 验 产 生 畏 难 情 绪,实 验 过程 走 过 场,只 是 简 单 运 行 一 下 例 程,影 响 实 验 效 果,影响 人 才 培 养 质 量。为 此 在 近 几 年 的 教 学 实 践 中,探 讨了 本 课 程 实 验 教 学 改 革 思 路 及 教 学 方 法,并 取 得 了 令人 比 较 满 意 的 效 果。实 验 课 存 在 的 问 题目 前,国 内 电 子 信 息 类
7、 专 业 都 开 设 了 基 于 实 验 箱或 开 发 板 的 实 验 课 程,实 验 内 容 一 般 是 在 这 些 硬 件 平台 上 编 写 程 序。上 课 时 老 师 先 讲 解 和 演 示 一 下 实 验 内容,然 后 学 生 对 照 实 验 指 导 书 做 一 遍。实 验 内 容 比 较浅 显,且 设 备 厂 商 会 提 供 相 关 程 序 例 程,学 生 不 认 真 思考 也 能 获 得 实 验 结 果,所 以 经 常 出 现 整 个 过 程 学 生 积极 性 不 高。一 个 重 要 原 因 是 所 学 与 企 业 对 人 才 所需 脱 节,没 有 结 合 产 业 实 际 建 课
8、程,没 有 激 发 出 学 生 兴趣。这 类 实 验 课 程 存 在 的 主 要 问 题 有 以 下 几 点:学 生 对 实 验 目 的 不 了 解课 程 实 验 部 分 一 般 含 多 个 实 验 项 目,包 括 验 证 性、综 合 设 计 性、探 究 性 几 种 类 型,每 个 实 验 都 是 课 程 的 一部 分。然 而 课 程 目 标 和 每 个 实 验 的 目 的 是 什 么?各 个实 验 之 间 有 何 联 系?很 多 学 生 其 实 是 不 会 去 考 虑的。实 验 课 之 前 不 预 习,即 使 老 师 要 求 交 实 验 预 习报 告,也 只 是 抄 实 验 指 导 书 敷
9、衍 了 事。上 课 时 不 注 意听 老 师 讲 解,甚 至 实 验 遇 到 问 题 时 也 不 想 办 法 解 决。由 于 实 验 目 的 不 明 确,因 此 实 验 变 成 了 完 成 任 务,不 知道 为 什 么 要 做 实 验,实 验 结 果 说 明 了 什 么 问 题 一 概 不知,也 不 想 去 分 析。从 而 使 实 验 课 的 效 果 大 打 折 扣,开设 初 衷 没 有 很 好 实 现。依 葫 芦 画 瓢 做 实 验实 验 指 导 书 有 详 细 实 验 步 骤,甚 至 有 参 考 代 码。学 生 实 验 时 只 需 依 葫 芦 画 瓢,按 照 实 验 步 骤 做 一 遍 就
10、能 得 到 实 验 结 果。有 的 学 生 连 实 验 步 骤 都 不 看,调出 参 考 代 码 运 行 一 遍,得 到 相 关 图 形 和 数 据 便 大 功 告成。因 此 不 少 学 生 对 实 验 课 不 重 视,认 为 很 简 单,实 验指 导 书 步 骤 详 细,老 师 上 课 时 还 会 讲 解 和 演 示,自 己 不仅 课 后 不 需 要 花 时 间,上 实 验 课 也 很 轻 松,甚 至 经 常 早早 收 工。实 验 内 容 与 实 际 脱 节科 技 日 新 月 异,而 高 校 教 学 较 严 谨,教 学 内 容 有 个论 证 过 程,因 而 经 常 出 现 实 验 内 容 跟
11、 不 上 快 速 的 科 技发 展,滞 后 乃 至 脱 离 实 际 应 用;验 证 性 实 验 过 多,需发 挥 学 生 自 主 设 计 的 综 合 性 设 计 性 实 验,特 别 是 联 系实 际 的 内 容 偏 少 甚 至 没 有。因 此 实 验 课 不 能 引 起 学 生探 究 问 题 的 兴 趣,无 法 帮 助 学 生 了 解 掌 握 新 技 术 或 工程 实 际 应 用 要 求。考 核 轻 过 程很 多 实 验 课 程 的 考 核 内 容 都 是 考 勤、预 习 报 告、实验 结 果、实 验 报 告,尤 其 是 实 验 报 告。因 此 对 学 生 来说,只 要 按 时 上 课,写 好
12、 实 验 报 告 就 能 通 过 考 核 甚 至 得高 分。对 于 需 要 分 小 组 的 情 况,各 小 组 成 员 中 更 是 经常 出 现“南 郭 先 生”。有 必 要 对 学 生 进 行 多 元 化 考 核,包 括 实 验 操 作 过 程(如 态 度 是 否 端 正、操 作 是 否 规 范、数 据 记 录 是 否 完 整、结 果 是 否 正 确 等)。改 革 举 措上 述 问 题 在 本 课 程 中 都 存 在,从 这 些 问 题 入 手,对实 验 课 进 行 了 改 革。兴 趣 是 最 好 的 老 师,所 以 首 先 要解 决 的 是 实 验 课 如 何 引 起 学 生 的 兴 趣。
13、本 课 程 的 核 心是 用芯 片 对 信 号 进 行 处 理,用 什 么 信 号 没 有 限制,若 用 正 弦 波 或 随 机 噪 声 信 号,大 部 分 学 生 应 该 不 会有 太 大 的 兴 趣。考 虑 到 声 音 信 号 容 易 获 取,每 个 学 生都 有 自 己 熟 悉 和 喜 爱 的 声 音 类 文 件,手 机、计 算 机 都 可作 为 信 号 源,因 此 决 定 以 声 音 信 号 作 为 待 处 理 的 信 号。由 于 处 理 后 的 结 果 还 是 声 音 信 号,通 过 耳 机 就 能 听 出信 号 处 理 前 后 的 效 果,学 生 做 实 验 的 获 得 感 很 强
14、,容 易对 实 验 课 产 生 兴 趣。基 于 此,对 实 验 课 做 了 以 下 方 面的 改 革。更 新 实 验 内 容,从 企 业 视 角 设 置 实 验 项 目现 有实 验 教 材 设 置 的 实 验 项 目 大 多 侧 重芯 片 基 本 功 能 应 用,与 实 际 工 程 项 目 开 发 联 系 不紧 密,难 以 激 发 出 学 生 的 学 习 积 极 性。针 对 这 种 现 象,本 课 程 改 为 从 企 业 视 角 设 置 实 验 项 目。我 国 音 频 类 企业以 上 在 广 东,利 用 这 得 天 独 厚 的 条 件,整 合 企业 资 源 牵 头 成 立 了 广 东 省 现
15、代 视 听 信 息 工 程 技 术 研 究中 心、广 东 省 演 艺 设 备 产 业 技 术 创 新 联 盟 等 产 学 研 平台,企 业 资 源 丰 富。本 课 程 基 于 这 两 个 平 台,与 多 家 企业 深 入 交 流,梳 理 出 企 业 的 音 频 处 理 开 发 工 程 师 必 备和 常 用 的 技 术,音 频 处 理 项 目 研 发 流 程。课 程 团 队 老师 与 多 位 资 深 开 发 工 程 师 讨 论 出 本 课 程 的 实 验 项 目 应包 括软 硬 件 开 发 平 台 应 用、程 序 设 计 和 调第期张 承 云,等:数 字 信 号 处 理 器 设 计 与 应 用
16、课 程 实 验 教 学 改 革 与 实 践试、芯 片 资 源 应 用、与 上 位 机 通 信、数 字 信 号处 理 中 最 基 本 的 滤 波 和 频 谱 分 析 算 法 实 现、音 频 算 法软 件 开 发 等个 方 面。据 此 设 计 了个 实 验,内 容 如图所 示。当 学 生 知 道 这 些 实 验 项 目 与 企 业 工 程 师 的工 作 内 容 是 一 致 的,学 习 动 力 和 积 极 性 无 须 老 师 来动 员。图课 程 实 验 内 容 实 验 平 台 对 标 企 业 开 发 平 台国 际 上,芯 片 生 产 企 业 主 要 有、和等,其 中的是 从继 承 过 来 的。学 习
17、其 实 用 哪 个 厂 家 的 芯 片 并 不 重 要,只 要 学 会 了 一种,再 用 其 他芯 片 也 很 容 易 上 手。目 前实 验相 关 的 学 习 资 料、开 发 板 和 实 验 箱,大 部 分 都 是 用公 司 的 系 列芯 片,有 些 还 是 已 过 时 的 型 号。经 调研,了 解 到 在 专 业 音 频 这 个 领 域 产 品 开 发 用 的芯片 基 本 上 是公 司 的系 列,主 流 型 号 为。为 了 使 学 生 所 用 设 备 与 企 业 无 缝 对 接,课 程 实 验 平 台 选 择 对 标 企 业 开 发 平 台,配 置 了公司系 列 的原 厂 评 估板。由 于
18、学 生 平 时 接 触 的、视 频 会 议、演 唱 会、体育 比 赛 节 目 可 能 就 是 经芯 片 处 理 的 声 音信 号,从 而 拉 近 学 生 与芯 片 的 距 离,使 得芯片 的 形 象 更 加 鲜 活,增 加 了 感 性 认 识。自 编 实 验 指 导 书实 验 教 材 是 实 验 课 的 重 要 资 料,正 式 出 版 的 一 般包 含 实 验 目 的、实 验 器 材、完 整 的 实 验 原 理、详 细 的 实验 步 骤 等 内 容,方 便 学 生 独 立 完 成 实 验。由 于 本 课 程的 实 验 项 目 和 实 验 平 台 都 是 对 标 企 业,因 此 并 没 有 正式
19、 出 版 的 实 验 教 材。探 究 式 学 习 对 人 才 培 养 非 常 重要,课 程 团 队 决 定 借 鉴 企 业 培 养 工 程 师 的 路 径 自 编一 份 给 学 生 提 供 更 多 思 考 空 间 的 实 验 指 导 书,主 要 原则 是 循 序 渐 进,学 生 从 模 仿 开 始 到 自 主 探 究。实 验 指导 书 共 安 排个 实 验 项 目,前个 实 验 项 目 的 实 验 步骤 很 详 细,学 生 只 要 认 真 细 致 按 步 骤 做 就 能 顺 利 完 成实 验。通 过 这 两 个 实 验,学 生 已 经 掌 握 了软 硬 件平 台 的 应 用,学 会 了的语 言
20、 程 序 设 计、调 试、烧写 方 法。第、实 验 项 目 只 给 出 实 验 目 的 和 实 验 内容,实 验 步 骤 要 学 生 自 己 完 成。第个 实 验 只 有 实 验目 的,实 验 内 容 和 实 验 方 案 由 小 组 商 量 确 定 并 经 老 师审 核。因 此 学 生 要 自 己 查 找 和 下 载芯 片 官 网 的相 关 英 文 文 档、市 面 上 流 行 的 音 频 产 品 的 说 明 书、音 频算 法 文 献、软 件 设 计 说 明 书 撰 写 要 求 等 各 种 资 料。整个 课 程 的 实 验 内 容 既 有 验 证 性 的,也 有 开 放 性,既 有 经典 知 识
21、 内 容 的 训 练,也 有 与 工 程 实 际 应 用 紧 密 联 系 的内 容。调 整 理 论 和 实 验 学 时本 课 程 共学 时,以 往 按 常 规 思 路 划 分 为 理 论学 时、实 验学 时。表 面 上 看 这 种 方 案 可 以 使 得理 论 方 面 更 系 统,但 实 际 上 由 于 理 论 较 枯 燥 和 抽 象,学生 难 以 坚 持 钻 研 各 个 理 论 细 节,做 实 验 时 也 做 不 到 理论 与 实 践 相 结 合。考 虑 到 本 课 程 最 终 的 落 脚 点 是 数 字信 号 基 本 原 理 的 实 现 和 应 用,重 点 是 实 践 能 力 的 培 养,
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- 关 键 词:
- 数字信号 处理器 设计 应用 课程 实验教学 改革 实践
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