OBE在“DSP技術及應用”課程的應用與實踐

汪萬維, 何煒琨, 楊 俊

(中國民航大學 電子信息與自動化學院，天津300300)

0 引言

數字信號處理器DSP(Digital Signal Processor)具有靈活、高速、便于嵌入式應用、性能高效等特點，在當前圖像處理、通信技術、自動控制、工業、家電、消費電子等領域有著廣泛的應用[1]。利用DSP芯片來開發各種系統應用，也是目前較為流行的一種嵌入式開發技術。在絕大多數高校的電子信息、通信工程、自動化等專業，“DSP技術及應用”都是高年級的必修課程[2]。該課程主要運用DSP開發環境和調試工具，進行DSP控制和算法的編程和調試，具備運用數字信號處理的相關理論知識解決工程實際問題。為了順應高校應用型人才培養模式的改革步伐，結合當前通信工程專業認證的新要求，需要不斷更新本門課程的教學內容，調整、優化課程結構，強調以學生為主體，采取有效的教學方法和手段，以結果輸出為導向。通過本課程的學習，讓學生在知識、能力和情感方面均有較大提高。

1 課程目前存在的主要問題

1.1 重改革過程輕結果評價

近年來，應用實踐類課程的改革活動從未停息，都是將先進的教學理念、教學手段和方法引入到課堂教學中，通過一系列的改革措施，使得原本的教學內容和方式都發生了巨大變化。但是對于改革后的結果評價，缺乏有效監督機制。改革后的結果評價往往以定性分析為主，如取得良好教學效果、對后續課程有很好支撐等諸如此類的評價。所有評價都是以教師為主導。由于課程改革的對象為學生，改革是否成功、改革成果是否可以推廣，應該廣泛征求學生的意見，以滿足學生實際需要為出發點，并給出定量化的分析指標。

1.2 理論與實際應用脫節

本門課程強調的是要提高學生運用所學理論知識解決實際應用問題的能力。課本上的相關知識點是用來指導實踐的，而在實際教學過程中，筆者發現很大一部分學生對書本上的理論了解很清楚，但在實際進行編程設計時，往往不知道從哪入手?；蛘吣芑就瓿梢粋€簡單工程設計，但是卻不知道運用了書本中的哪些理論知識。特別是在實驗課部分，部分學生還停留在簡單的程序下載和實驗現象觀察階段。

1.3 考核評價方式過于單一

本門課程強調實踐應用，考試時可以開卷，同時實驗在總成績中的占比也較高。但從近年來的考核情況看，學生對本門課程的掌握情況不容樂觀。開卷考試的目的是為了給學生減負，讓其把更多的時間投入到知識的理解與運用上。但學生總認為期末考試時能從書本上找到答案，而忽略了平時學習中對相關理論知識的理解與掌握。同時由于實驗成績占比較高，部分學生也忽略對理論知識的深入學習。須不知，所有實驗部分內容都與書本上的理論是緊密結合的。由于考核方式的單一與固定，導致部分學生的學習導向與目的存在一定問題，如過分追求分數而忽略對知識的靈活運用，將所有希望寄托在實驗上，希望教師能手下留情等。

2 采取的改進措施與方法

2.1 改變教師自身教學理念

OBE理念的主要特征是學生在教學活動中處于中心地位，即以學生為中心[3]。部分教師在“以學生為中心”的認識上存在一定偏差，認為“以學生為中心”就是一味遷就學生、放縱學生，為了討好學生可以放棄一些必要的教育與管理手段等。以學生為中心，強調的是以學生為主體，學生“學”是核心，學生“學到了什么”是關鍵。而教師在這個過程中也要扮演重要角色，即以教師為主導，教師的“教”是指導，教師“教了什么”是過程。整個教學過程不再是傳統以教學內容作為驅動的教學活動，而是以學生學習結果作為驅動力的教學模式，強調學生為結果而學習，教學和學習過程互動持續改進。

2.2 明確教學目標

在課程正式開始前，讓學生知曉課程的教學目標，即通過本課程的學習，學生應該掌握哪些知識、獲取哪些能力。課程目標必須具有可衡量性、邏輯性、導向性和專業特點，能夠引導教師有針對性的教學，引導學生有目的的學習。筆者結合本門課程特點，設置4個基本教學目標，即初步具備DSP硬件接口設計能力；掌握CPU工作時鐘和定時器定時時長的計算方法；掌握C語言編程和CCS的使用方法，能獨立完成一個簡單工程的應用開發；具備英文器件手冊的閱讀能力，能舉一反三。為了達到以上教學目標，教師在課堂上要不斷強調本門課程是要培養學生應用知識解決實際問題的能力。課程目標同時要落實到具體的教學內容與環節中，要針對課程目標進行教學過程的設計與教學模式的選擇。

2.3 精心設計教學內容

之前圍繞課程目標和教學內容，主要強調課程知識體系的完整性，并且按照教材目錄順序進行知識點講解。知識點既多又雜，學生往往抓不住重點，難以捋清彼此間的區別與聯系。筆者根據自身科研經歷，選擇DSP設計中經常用到的資源，最終將教材中的時鐘電路、通用輸入輸出口(GPIO)、定時器、中斷、外部存儲器接口(EMIF)、直接存儲器訪問(DMA)、多通道緩沖串行口(McBSP)和I2C協議等8個知識點作為重點講解內容。課程實驗部分也都是圍繞這8個知識點的理論內容而展開。為了做到重點突出、理論與實際相結合，筆者將這8個知識點進行重新拆分，在具體實際講解過程中結合具體實驗進行整合[4]，如表1所示。即設計4個實驗，每個實驗層層遞進，通過4個實驗涵蓋以上8個知識點。所有知識點在4個實驗中均能有所體現與對應，而4個實驗現象的發生均能通過理論分析得以合理解釋，真正做到理論指導實踐，加深學生對所學理論知識的理解與運用，最終達到培養學生應用理論知識解決實際問題的能力。

表1 教學內容及組織方式

對于CLKMD配置、定時時長計算、SRG輸入時鐘選擇以及輸出時鐘計算、I2C協議等重要且難理解的知識點，布置4次隨堂作業。教師集中批改后在下次上課時重新講解一次，并對作業中出現較多問題的學生予以重點關注和一對一輔導。

通過精心設計整個教學內容，真正做到理論結合實際，應用知識分析、解決學生感興趣的問題。

2.4 豐富教學模式

以往的教學模式以教師、教材為中心，教師負責學習，激勵源于教師的責任心，結果依賴于學生的上進心和對學生的管束[5]。而真正的OBE教學應該是讓學生主動參與學習，除了被動傾聽外，還必須通過思考、討論或參與解決實際問題。為了讓學生能主動參與課堂教學，筆者在教學過程中采用了針對性提問、故意設置錯誤陷阱、學生參與指定知識點的講解、根據指定要求現場修改實驗程序等四種方式。對于隨堂作業中出現問題較多的學生要隨堂通過提問的方式予以重點關注。故意將小燈亮滅實驗中一個控制小燈的管腳電路畫錯，導致編程實現時理論分析與實際工程設計存在矛盾，讓學生通過已學知識進行仔細分析，找出錯誤原因并進行修正，最后通過實驗進行驗證。對于DMA控制器部分的講解，要求學生自行推薦各自班級的優秀學生來參與此部分內容的講解。

為了提高學生的參與度與學習興趣，在實驗考核階段，不再是簡單的按照實驗操作手冊完成相應操作、得到實驗現象即可。而是要求學生對每一個實驗都要有所改動，并給出改動的原因以及背后所涉及的理論知識點。實驗報告中要充分體現出差異性，并且每個學生都要接受老師的現場提問。

通過采用多模式的“教”，采用基于問題和項目的教學方法，充分調動學生“學”的積極性，而且確保其能“學到”。為了配合檢驗學習的效果，整個教學過程充分做到可記錄、可考核，最終形成了一套切實有效的課程考核方法。

2.5 量化課程考核目標與評價標準

為了達到課程設定的4個目標，教師在課堂上要可觀察、可教學，教學效果要可檢測、可考核、可評價。為此筆者將原有考綱中的要求進行細化，要求學生掌握的重要知識點，在考試和實驗中都要有明確的反映?？傇u成績組成如圖1所示，其中實驗部分根據教師給出的實驗手冊和程序代碼完成實驗基本操作并得到正確實驗現象只能最高得實驗總分的70%，需要得到更高分，只有在原有實驗基礎上進行修改，根據修改的難度及解釋的合理性上浮分數，最高可得滿分。由于實驗報告可能涉嫌學生彼此間參考，很難確定學生真實水平，因此通過現場問答和組內學生自行排名的方式來拉開成績差距。為了突出學生對相關知識點的深刻理解，期末考試內容除了部分能在書本上找到直接答案外，其他都是需要在理解的基礎上才能作答，光靠死記硬背很難得到高分。所有要考核知識點在考前提前告知學生，并給出樣例。

圖1 考核評價標準

整個考核盡量做到透明化、公開化，讓學生在學習前就了解本門課程的考核目標和評價方法，同時在后續學習過程參照此目標參與各項教學活動。

2.6 考核結果與持續改進

為避免之前重改革過程輕結果評價的現狀，課程通過OBE理念在實施前后歷年成績分析(如圖2所示)和無記名問卷調查方式(如圖3所示，16級大三學生共計162人參與)進行結果評價。從考核成績看，自2018年采用OBE教學方式后試卷成績和總評成績較往年有大幅提升。從調查問卷結果看(如圖3所示)，學生對本門課程教學內容和教學組織方式基本持贊同態度。

圖2 歷年成績對比分析

(a)課程內容安排 (b)課程內容組織圖3 調查問卷結果

3 組卷算法描述

采用此方法組卷的一般過程如下：

(1)根據組卷條件，判斷當前題庫情況是否滿足組卷要求，若滿足條件則開始組卷；否則重新設置組卷參數；

(2)采用一種基于知識體系結構的改進型隨機抽取算法，依次循環為各試卷抽取指定題型中之前未被抽取過的題目，直到抽取完條件要求的全部題目；

(3)題目抽取完成后，計算各試卷中每類題型的平均難度值，確定是否符合設定要求。如果不符合，則采用一種循環替換算法進行難度值調整，直到滿足設定要求。

為了不斷提升本門課程教學效果，后續教學過程中將根據考核結果分析和學生反饋信息進行持續改進。在課程結束后結合教學目標和評價標準，進行學生的課程達成度量化分析。對試卷中失分較多的知識點在后續教學過程中通過著重強調和隨堂練習方式進行鞏固加強。對實驗過程及實驗報告中出現的共性問題，在后續教學中提前集中講解。對實驗過程中出現部分學生濫竽充數等現象，在后續課堂中通過縮小分組人數、增加實驗次數等方式，爭取做到對每一名學生的全方位檢查。通過調查問卷的方式，對學生反映較多的知識難點、教學方法和教學手段不斷進行改進。

4 結語

OBE理念的核心是使學生在教學活動中處于中心地位，是一種基于學習產出的新教學模式，著重強調學生學習結果，而且要持續改進。在推進OBE理念在課堂教學執行的過程中，要不斷優化課程設計目標，通過課程目標反推課程內容、教學環節與過程、教學方法與模式，需要教師和學生共同參與。OBE總體設計理念是先進的，教師在具體執行過程中要根據自身課程以及學生特點，強調學生為結果而學習，教學和學習過程能不斷互動并持續改進。OBE在本門課程教學過程中取得了良好的教學效果，后續教學過程中將在我校同類課程進行推廣應用。