OBE在“DSP技术及应用”课程的应用与实践

汪万维, 何炜琨, 杨 俊

(中国民航大学 电子信息与自动化学院，天津300300)

0 引言

数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)具有灵活、高速、便于嵌入式应用、性能高效等特点，在当前图像处理、通信技术、自动控制、工业、家电、消费电子等领域有着广泛的应用[1]。利用DSP芯片来开发各种系统应用，也是目前较为流行的一种嵌入式开发技术。在绝大多数高校的电子信息、通信工程、自动化等专业，“DSP技术及应用”都是高年级的必修课程[2]。该课程主要运用DSP开发环境和调试工具，进行DSP控制和算法的编程和调试，具备运用数字信号处理的相关理论知识解决工程实际问题。为了顺应高校应用型人才培养模式的改革步伐，结合当前通信工程专业认证的新要求，需要不断更新本门课程的教学内容，调整、优化课程结构，强调以学生为主体，采取有效的教学方法和手段，以结果输出为导向。通过本课程的学习，让学生在知识、能力和情感方面均有较大提高。

1 课程目前存在的主要问题

1.1 重改革过程轻结果评价

近年来，应用实践类课程的改革活动从未停息，都是将先进的教学理念、教学手段和方法引入到课堂教学中，通过一系列的改革措施，使得原本的教学内容和方式都发生了巨大变化。但是对于改革后的结果评价，缺乏有效监督机制。改革后的结果评价往往以定性分析为主，如取得良好教学效果、对后续课程有很好支撑等诸如此类的评价。所有评价都是以教师为主导。由于课程改革的对象为学生，改革是否成功、改革成果是否可以推广，应该广泛征求学生的意见，以满足学生实际需要为出发点，并给出定量化的分析指标。

1.2 理论与实际应用脱节

本门课程强调的是要提高学生运用所学理论知识解决实际应用问题的能力。课本上的相关知识点是用来指导实践的，而在实际教学过程中，笔者发现很大一部分学生对书本上的理论了解很清楚，但在实际进行编程设计时，往往不知道从哪入手。或者能基本完成一个简单工程设计，但是却不知道运用了书本中的哪些理论知识。特别是在实验课部分，部分学生还停留在简单的程序下载和实验现象观察阶段。

1.3 考核评价方式过于单一

本门课程强调实践应用，考试时可以开卷，同时实验在总成绩中的占比也较高。但从近年来的考核情况看，学生对本门课程的掌握情况不容乐观。开卷考试的目的是为了给学生减负，让其把更多的时间投入到知识的理解与运用上。但学生总认为期末考试时能从书本上找到答案，而忽略了平时学习中对相关理论知识的理解与掌握。同时由于实验成绩占比较高，部分学生也忽略对理论知识的深入学习。须不知，所有实验部分内容都与书本上的理论是紧密结合的。由于考核方式的单一与固定，导致部分学生的学习导向与目的存在一定问题，如过分追求分数而忽略对知识的灵活运用，将所有希望寄托在实验上，希望教师能手下留情等。

2 采取的改进措施与方法

2.1 改变教师自身教学理念

OBE理念的主要特征是学生在教学活动中处于中心地位，即以学生为中心[3]。部分教师在“以学生为中心”的认识上存在一定偏差，认为“以学生为中心”就是一味迁就学生、放纵学生，为了讨好学生可以放弃一些必要的教育与管理手段等。以学生为中心，强调的是以学生为主体，学生“学”是核心，学生“学到了什么”是关键。而教师在这个过程中也要扮演重要角色，即以教师为主导，教师的“教”是指导，教师“教了什么”是过程。整个教学过程不再是传统以教学内容作为驱动的教学活动，而是以学生学习结果作为驱动力的教学模式，强调学生为结果而学习，教学和学习过程互动持续改进。

2.2 明确教学目标

在课程正式开始前，让学生知晓课程的教学目标，即通过本课程的学习，学生应该掌握哪些知识、获取哪些能力。课程目标必须具有可衡量性、逻辑性、导向性和专业特点，能够引导教师有针对性的教学，引导学生有目的的学习。笔者结合本门课程特点，设置4个基本教学目标，即初步具备DSP硬件接口设计能力；掌握CPU工作时钟和定时器定时时长的计算方法；掌握C语言编程和CCS的使用方法，能独立完成一个简单工程的应用开发；具备英文器件手册的阅读能力，能举一反三。为了达到以上教学目标，教师在课堂上要不断强调本门课程是要培养学生应用知识解决实际问题的能力。课程目标同时要落实到具体的教学内容与环节中，要针对课程目标进行教学过程的设计与教学模式的选择。

2.3 精心设计教学内容

之前围绕课程目标和教学内容，主要强调课程知识体系的完整性，并且按照教材目录顺序进行知识点讲解。知识点既多又杂，学生往往抓不住重点，难以捋清彼此间的区别与联系。笔者根据自身科研经历，选择DSP设计中经常用到的资源，最终将教材中的时钟电路、通用输入输出口(GPIO)、定时器、中断、外部存储器接口(EMIF)、直接存储器访问(DMA)、多通道缓冲串行口(McBSP)和I2C协议等8个知识点作为重点讲解内容。课程实验部分也都是围绕这8个知识点的理论内容而展开。为了做到重点突出、理论与实际相结合，笔者将这8个知识点进行重新拆分，在具体实际讲解过程中结合具体实验进行整合[4]，如表1所示。即设计4个实验，每个实验层层递进，通过4个实验涵盖以上8个知识点。所有知识点在4个实验中均能有所体现与对应，而4个实验现象的发生均能通过理论分析得以合理解释，真正做到理论指导实践，加深学生对所学理论知识的理解与运用，最终达到培养学生应用理论知识解决实际问题的能力。

表1 教学内容及组织方式

对于CLKMD配置、定时时长计算、SRG输入时钟选择以及输出时钟计算、I2C协议等重要且难理解的知识点，布置4次随堂作业。教师集中批改后在下次上课时重新讲解一次，并对作业中出现较多问题的学生予以重点关注和一对一辅导。

通过精心设计整个教学内容，真正做到理论结合实际，应用知识分析、解决学生感兴趣的问题。

2.4 丰富教学模式

以往的教学模式以教师、教材为中心，教师负责学习，激励源于教师的责任心，结果依赖于学生的上进心和对学生的管束[5]。而真正的OBE教学应该是让学生主动参与学习，除了被动倾听外，还必须通过思考、讨论或参与解决实际问题。为了让学生能主动参与课堂教学，笔者在教学过程中采用了针对性提问、故意设置错误陷阱、学生参与指定知识点的讲解、根据指定要求现场修改实验程序等四种方式。对于随堂作业中出现问题较多的学生要随堂通过提问的方式予以重点关注。故意将小灯亮灭实验中一个控制小灯的管脚电路画错，导致编程实现时理论分析与实际工程设计存在矛盾，让学生通过已学知识进行仔细分析，找出错误原因并进行修正，最后通过实验进行验证。对于DMA控制器部分的讲解，要求学生自行推荐各自班级的优秀学生来参与此部分内容的讲解。

为了提高学生的参与度与学习兴趣，在实验考核阶段，不再是简单的按照实验操作手册完成相应操作、得到实验现象即可。而是要求学生对每一个实验都要有所改动，并给出改动的原因以及背后所涉及的理论知识点。实验报告中要充分体现出差异性，并且每个学生都要接受老师的现场提问。

通过采用多模式的“教”，采用基于问题和项目的教学方法，充分调动学生“学”的积极性，而且确保其能“学到”。为了配合检验学习的效果，整个教学过程充分做到可记录、可考核，最终形成了一套切实有效的课程考核方法。

2.5 量化课程考核目标与评价标准

为了达到课程设定的4个目标，教师在课堂上要可观察、可教学，教学效果要可检测、可考核、可评价。为此笔者将原有考纲中的要求进行细化，要求学生掌握的重要知识点，在考试和实验中都要有明确的反映。总评成绩组成如图1所示，其中实验部分根据教师给出的实验手册和程序代码完成实验基本操作并得到正确实验现象只能最高得实验总分的70%，需要得到更高分，只有在原有实验基础上进行修改，根据修改的难度及解释的合理性上浮分数，最高可得满分。由于实验报告可能涉嫌学生彼此间参考，很难确定学生真实水平，因此通过现场问答和组内学生自行排名的方式来拉开成绩差距。为了突出学生对相关知识点的深刻理解，期末考试内容除了部分能在书本上找到直接答案外，其他都是需要在理解的基础上才能作答，光靠死记硬背很难得到高分。所有要考核知识点在考前提前告知学生，并给出样例。

图1 考核评价标准

整个考核尽量做到透明化、公开化，让学生在学习前就了解本门课程的考核目标和评价方法，同时在后续学习过程参照此目标参与各项教学活动。

2.6 考核结果与持续改进

为避免之前重改革过程轻结果评价的现状，课程通过OBE理念在实施前后历年成绩分析(如图2所示)和无记名问卷调查方式(如图3所示，16级大三学生共计162人参与)进行结果评价。从考核成绩看，自2018年采用OBE教学方式后试卷成绩和总评成绩较往年有大幅提升。从调查问卷结果看(如图3所示)，学生对本门课程教学内容和教学组织方式基本持赞同态度。

图2 历年成绩对比分析

(a)课程内容安排 (b)课程内容组织图3 调查问卷结果

3 组卷算法描述

采用此方法组卷的一般过程如下：

(1)根据组卷条件，判断当前题库情况是否满足组卷要求，若满足条件则开始组卷；否则重新设置组卷参数；

(2)采用一种基于知识体系结构的改进型随机抽取算法，依次循环为各试卷抽取指定题型中之前未被抽取过的题目，直到抽取完条件要求的全部题目；

(3)题目抽取完成后，计算各试卷中每类题型的平均难度值，确定是否符合设定要求。如果不符合，则采用一种循环替换算法进行难度值调整，直到满足设定要求。

为了不断提升本门课程教学效果，后续教学过程中将根据考核结果分析和学生反馈信息进行持续改进。在课程结束后结合教学目标和评价标准，进行学生的课程达成度量化分析。对试卷中失分较多的知识点在后续教学过程中通过着重强调和随堂练习方式进行巩固加强。对实验过程及实验报告中出现的共性问题，在后续教学中提前集中讲解。对实验过程中出现部分学生滥竽充数等现象，在后续课堂中通过缩小分组人数、增加实验次数等方式，争取做到对每一名学生的全方位检查。通过调查问卷的方式，对学生反映较多的知识难点、教学方法和教学手段不断进行改进。

4 结语

OBE理念的核心是使学生在教学活动中处于中心地位，是一种基于学习产出的新教学模式，着重强调学生学习结果，而且要持续改进。在推进OBE理念在课堂教学执行的过程中，要不断优化课程设计目标，通过课程目标反推课程内容、教学环节与过程、教学方法与模式，需要教师和学生共同参与。OBE总体设计理念是先进的，教师在具体执行过程中要根据自身课程以及学生特点，强调学生为结果而学习，教学和学习过程能不断互动并持续改进。OBE在本门课程教学过程中取得了良好的教学效果，后续教学过程中将在我校同类课程进行推广应用。