发散式教学方法改革与实践

曹志民，牟海维，吕秀丽，韩 建，吴 云

（东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318）

0 引 言

面对我国高校课程内容陈旧，课程体系不完善等实际问题，高等教育正在如火如荼地进行着适合我国国情的教育教学方法改革。改革目的在于培养适应我国现代化建设所需要的具有创新精神、实践动手能力和创业精神的高素质人才。这就需要针对高等教育人才培养模式、教学内容、课程体系和教学方法等进行全面系统的改革与实践［1－10］。通过改革与实践，不断完善教学大纲，规划教学体系，改进教学方法，充分调动学生学习的积极性，发挥学生的学习主动性和创造性，最终使之成为具有足够竞争能力的综合性高素质人才。作者总结多年的教学体会，在文中讨论了教学大纲中高低层次课程之间的相互关系及相应的教学方法改革与实践。

1 现有教学大纲中课程关系

图1 现有教学大纲课程体系逻辑框图

教学大纲是根据学科内容及其体系，以及教学计划的要求编写的教学指导性文件。课程目标及要求是教学大纲的一个首要的和重要的内容，它是编写教材和进行教学工作的主要依据，也是检查学生学业成绩和评估教师教学质量的重要准则［11－12］。虽然这种规定是必须的，有利于课程体系的建立和课程教学的开展，但是这种写在纸上的规定往往会间接地限定了教师在教学过程中的教学内容和方法，缺乏灵活性及创新性。本文关注的是课程体系中高层次课程与低层次课程之间的相互作用关系，现有教学大纲中某课程体系的逻辑关系是单向逐级递增的关系，如图1所示。

图1中，专业课1的先修课程为专业基础课1和专业基础课2，而专业基础课1、2的先修课程为基础课2，…，n，可见该课程体系中，低层次课程只是单方向地作用于较高层次课程，只是作为基础而存在的。另外，为了更好地掌握某专业课，往往需要更多的其他课程体系的相关知识，而不应仅仅局限于本课程体系的知识，也就是说现有大纲的课程体系中先修课程是不全面的。

2 发散式教学方法

图2 发散式教学方法课程体系逻辑框图

针对前文所述目前教学大纲中课程关系存在的局限性，提出一种广泛适应高校教学体系的发散式教学方法，详细内容见图2。图2是把图1框图进行了拓展延续，相当于i个框图垂直排列，其中每个框图中所包含课程组成了本专业的一个小课程体系。另外，图2中增加了多个双向箭头用来强调课程之间的关联性，实线箭头表示框图内部（即本课程体系）课程关联，虚线箭头表示框图之间（即不同课程体系）课程关联。箭头的双向性更体现了在图1所描述的大前提下，基础课、专业基础课、专业课之间还存在反向作用关系，即通过高层次课程的学习巩固低层次课程。以专业课1为例，它在本课程体系内与专业基础课1、2有知识关联，而专业基础课1、2又与基础课2，…，n有知识关联，另外，从不同课程体系角度出发，专业课1还与另外课程体系中的某些专业课或专业基础课有知识关联，以及一些专业基础课也与不同课程体系中的专业基础课或专业课有知识关联。这样以图2所描述的发散性教学思路传授知识，突破以往单一式、单方向的死板思路，使得整个专业体系更加完善，学生对于知识更容易理解和掌握。

3 发散式教学方法的教学实践

在电子信息工程系相关部门的大力支持下，根据文中发散式教学方法的思路，先后多次讨论完善教学大纲，在多个不同的专业方向上逐步开展实践，都获得较满意的效果。下面以专业课程“DSP应用技术”课程建设为例，介绍发散式教学方法的实施情况。

“DSP应用技术”课程是电子信息类一门综合性很强的课程，由理论和实验两部分组成。该课教学内容庞大，包括DSP芯片结构、DSP程序设计、DSP程序开发工具与调试工具、数字信号处理算法的实现等等。在本科生中开设DSP应用技术课程，重点在于培养学生具备利用通用可编程数字信号处理器芯片完成数字信号处理硬件系统设计和软件编程的能力［13－15］。学习该课程要求学生不但要具有较强的硬件设计能力，并能够熟练使用汇编语言、C语言及CCS等相关编程语言及工具进行算法开发和软件设计。

本系在该课的教学过程中实施了分散式教学方法，在教学内容及实验内容的改革上均取得了较大的突破，旨在在有限的学时内使课程内容丰富饱满，让学生掌握更多的专业知识。

3.1 与其他专业课的知识关联

在授课过程中不仅要结合数字信号处理这门专业课进行算法的设计，还需要利用发散式教学方法寻找与其他相关专业课知识点的契合处，相互切入，透彻理解。举几个例子：1）利用DSP芯片快速高性能的特点，与“数字图像处理”课程内容相结合，在图像算法中获得最大的并行性，并通过CCD摄像头、视频编解码器等实验设备，实现视频图像采集和目标提取等数字视频处理相关实践内容。2）利用在"语音信号处理"课程中学到的知识指导实现语音数据采集、识别及语音数据回放等功能。3）结合“通信原理”课程内容，利用DSP性能特点，在分析其SPI接口通信原理的基础上，进行接口电路设计等等。可见，DSP应用技术这门课与电子信息工程专业的很多其他专业课都有较好的契合点，通过相关理论课程促进DSP课程相关实践内容的设计和结构的优化，并可以通过具体的实际操作和对操作过程中出现问题的分析与处理反过来进一步加深对相关理论知识的理解。

3.2 与基础课和专业基础课的知识联系

该课的专业基础课为模拟电路、数字电路、单片机技术。除了这几门课程以外，DSP课程还与其他专业课的专业基础课有知识交叉，例如信号与系统、电子设计自动化、信息论等等，在授课过程中反复强调信号和信息的广义概念，并逐渐渗透信号特征分析，模式识别等信号智能分析的相关概念。而且，由于DSP应用技术的具体处理算法的设计往往又紧密的联系着高等数学，概率论和线性代数等数学基础课，即DSP的教学内容同时还与上述相关基础课有着非常紧密的联系，特别是概率论的统计特征分析和线性代数的矩阵分析部分在图像处理等相关。另外，由于DSP应用技术的程序设计平台，如CCS，主要支持汇编语言和C语言程序设计（经典C语言，CCS对C＋＋的支持能力有限）。为此，在实践环节通过进一步深入讲解C语言的设计技巧和调试技巧，使得学生已经比较生疏的C语言程序设计得到再次巩固并加深理解。显然，在分散式教学方法的实施过程中，注重DSP课程与这些课程之间知识点的相互巩固，以及各基础课和专业基础课之间知识的交叉，对于学生深入掌握专业知识是一种非常有益的方式。

3.3 DSP应用技术课程的实践环节

图3 LCD显示驱动软件运行界面图

除了对上述基础课、专业基础课和其他专业课在理论教学环节中引导学生最大化的巩固所学知识、开拓思维和分析问题的能力外，为了进一步激发学生的发散性思维和解决实际问题的能力和效率，对DSP应用技术的实践环节，也就是实验项目的设置上，也进行了有针对性的设计：在现有典型实验项目的基础上专门设计了引导性很强的发散性思维训练实验项目，如IIR／FIR数字滤波器实验中引导学生分别在CCS开发环境和MATLAB及JAVA等开发环境下完成并进行对比；步进电机、LED显示阵列、液晶显示器、交通灯等硬件控制实验中，引导学生利用MATLAB（Simulink）等其他开发工具进行验证性和辅助性实验，引导学生如何最大化利用自己所学知识提高问题解决的效率（注：实验要求中虽然引导性的要求学生进行某些工具的应用，但并不限制学生对自己感兴趣的其他开发工具的应用）。这里举个例子，LCD液晶显示控制实验中，图3给出了某学生采用C＃语言在VS2010开发环境中设计的一款LCD显示驱动软件的界面，通过该软件可以方便地完成ICETEKVC5416－A／USB实验箱上64＊128LCD显示器的显示驱动任务（包括图像显示驱动、英文／中文显示驱动以及字体选择和显示位置选择等辅助功能）。

4 结 论

文中讨论了高校教学的一种发散式教学方法，通过多年教学实践证明，采用此方法学生不仅更深入地掌握了高年级所学专业课程，对于在低年级时学过的专业基础课及基础课又有了进一步的理解，并能够将学到的专业知识融会贯通，形成一个庞大的知识体系，最终实现对本专业知识的牢固掌握和灵活应用。

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