基于翻转课堂的“DSP原理及应用”教学改革浅尝

乔倩 张存喜 刘娟意 张华 李莉莉 刘玉良

摘 要：文章针对“DSP原理及应用”课程教学内容多、课程难度大、综合实践性强的特点，提出利用翻转课堂模式进行课堂教学改革尝试。文章首先介绍了翻转课堂的概念及优点，然后分析了目前“DSP原理及应用”课程教学的困境，随后阐述基于翻转课堂教学模式针对流水线课堂教学内容构建与实施，最后根据教学模式改革前后学生学习兴致、知识点的掌握情况来看，翻转课堂教学模式获得了良好的教学效果。

关键词：DSP原理及应用；翻转课堂；教学改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.198

1 引言

在当今互联网时代，学生可以在任意时间、任意地点通过电脑或手机在网络上学习丰富的在线课程，获得知识的方式变得纷繁多样，翻转课堂教学模式正是互联网时代的产物。翻转课堂（Flipped Classroom Model）[1，2]，也译为“颠倒课堂”，是将传统课堂中“教师课堂讲授新知识，学生课后完成知识内化”的教学结构颠倒过来，构建“学生课前通过教学视频以及课件等完成新知识的学习，在课堂上通过与教师及同学相互讨论、答疑、解惑，达到知识内化”过程的教学模式。

在“翻转课堂”教学模式下，学生作为课程的主角，可以增强学生学习的兴趣、激发学生学习的主动性。在上课前，教师通过视频、图片等方式将教學内容提供给学生，能够最大程度的利用优质教学资源，拓宽学生的视野，同时新知识的传递从传统的课堂上提到了课前，有效的拓展了课程的教学时间。在课堂活动中，学生针对学习内容存在的问题，与同学及教师之间相互探讨，有效的提高了学习效率。在翻转课堂整个的实施过程中，教师要针对教学内容提前录制出逻辑关系清晰的教学视频，提前策划出课程内容针对性的问题，并且为学生提供一系列相关的学习资源，所以对教师的自身的教学技能、专业能力、教育观念等方面也实现了有效提升。

2 “DSP原理及应用”课程教学现状

DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）是专门针对数字信号处理算法而设计的一种微处理器，具有精度高、运算速度快、实时性强等优点，广泛的应用于图像处理、电子通信、自动控制、仪器仪表、军事器件等领域。近年来，随着DSP技术的迅速发展，市场对DSP工程师的需求日益增多，为适应社会的需求，我校针对电子信息工程、电气工程及其自动化、船舶电子电气工程、机械电子工程专业开设了“DSP原理及应用”专业选修课程，旨在培养学生掌握DSP芯片原理及其开发应用技术，能够在DSP 芯片上编程，实现信号处理、通信或控制系统的算法。

相比其他专业课程，“DSP原理及应用”课程具有教学内容多、知识难度大、内容更新速度快、综合性、实践性、工程性强等特点[3，4]。由于DSP 芯片内部结构及功能特点，要求学习者必须具备模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、单片机原理及应用、微机原理及接口技术、C语言程序设计、数字信号处理等课程基础，导致课程学习难度大，学生学起来吃力。《DSP原理及应用》课程内容包括DSP硬件资源、寻址方式与指令系统、开发平台、程序编写、算法分析移植、片内外设以及实验环节等，课程内容量大。而我校该课程的总学时是32学时，其中有24 学时理论课时、8 学时实验课时，在以往的教学实践中采用传统的教师主导在课堂讲授DSP芯片各部分的知识，然后到实验室进行相关的实验或实践活动。这种传统的教学模式，学生在课堂上对研究对象缺乏感性认识，对所学的理论知识觉得抽象、难以理解，待到实践阶段时，理论知识又淡忘了，难以达到理想的教学效果。

如何在有限的教学时数内，高质量的完成DSP 课程大量内容的教学任务，是摆在每一个DSP 课程教师面前的一个课题。针对目前我校“DSP原理及应用”教学过程中遇到的问题，迫切需要对该课程的教学方法、教学模式进行改革。“DSP原理及应用”课程教学过程中，充分利用网络资源，应用翻转课堂教学模式来进行教学，可以增强学生学习的主动性，充分调动学生的学习热情，提高教学效果。

3 “DSP原理及应用”课程翻转课堂教学模式的构建与实施

翻转课堂设计过程中，教师如何运用新的教学策略，设计出有效的课堂活动，促进学生的成长和发展是整个教学的关键。此处以“DSP原理及应用”课程中（第四章TMS320C6000系列流水线与中断）流水线部分内容进行翻转课堂的方案设计。

3.1 课前准备过程

课前教学视频的内容及质量对于学生学习新知识点起到至关重要的作用，因此每次上课前，教师需要花大量的时间进行备课，录制相关的教学视频。针对流水线的概念及TMS320C6000流水线的操作过程制作教学视频，在视频中首先讲解流水线的概念，并且列举工厂加工产品的流水线类比。然后结合PPT讲解DSP处理器内部指令执行的过程分为取指（fetch）、译码（decode）、执行（execute）阶段，并且取指（fetch）阶段又分为程序地址产生（PG）、程序地址发送（PS）、程序访问等待（PW）和程序取值包接收（PR）四个节拍，译码（decode）阶段分为指令分配（DP）和指令译码（DC）两个节拍，执行（execute）阶段根据不同的芯片（定点、浮点）包含不同的节拍，分别讲解。

接着讲解流水线的运行时序。随后根据C6000系列芯片中定点与浮点类型不同，C62x/C64x指令的流水线执行级操作可分成7种类型，C67x指令流水线执行级操作可分14种类型。然后针对单周期指令、乘法指令、存储指令、扩展乘法指令、加载指令、跳转指令的执行过程分别讲解。最后针对流水线运行过程中的问题，遇到以下三种情况（①在一个取值包中有多个执行包的流水操作；②多周期NOP指令对流水线运行的影响；③访问存储器对流水线运行的影响）时，流水线如何执行？将班级同学分成六组，请同学们思考以上问题，要求学生尽量找出解决方法并制作PPT，课堂上会让其中三组同学分别派代表到讲台上给大家讲解。

3.2 课堂实施过程（课堂时间8：00-9：35）

8：00-8：10，教师简单总结回顾上一章TMS320C6000系列指令系统内容，简述处理器汇编指令格式、寻址方式、8大类公共指令及伪指令和C语言与汇编语言混合编程内容，8：10-8：15，简要叙述TMS320C6000系列处理器流水线的概念。8：15-8：45，学生在提前学习流水线视频后，会对课程内容提出问题，这时首先由其他的同学来对提出问题的同学进行解答，出现答案不完整地方，教师做适当补充。在解答问题的过程中，教师收集学生在课前视频学习过程中遇到的主要问题，归纳共性问题，引导学生学习，及时掌握学生对学习任务的掌握情况。8：45-8：50，课间休息。

8：50-9：20，针对视频中留下的3个问题，分别请三组的同学每组

派一个代表到课堂上讲解流水线遇到此三种情况的时候的运行过程如何，每组10分钟。9：20-9：30，其他同学针对三组同学所讲内容存有疑问的，大家相互讨论，教师总结流水线遇到此三种情况时如何执行，并引入下一节DSP系统中断的内容。9：30-9：35，给学生布置下一节课要看的视频内容和思考问题。依次循环。

4 结语

通过将翻转课堂教学模式引入到“DSP原理及应用”课程教学过程中，从学生积极性、主动性以及对知识点的理解上来看，翻转课堂教学模式收到了较好的教学效果。

参考文献：

[1]卢艳丽.翻转课堂教学模式的优势及对我国课堂教学改革的启示[J].教育教学论坛，2018（29）：121-123.

[2]邓小霞.“翻转课堂”在教学改革中的实践研究[J].电脑与电信，2016（06）：27-29.

[3]马骏杰，张思艳，孙轶男，张媛媛.基于“互联网+”的DSP课程教学改革研究[J].中国现代教育装备，2018（07）：26-28.

[4]何金保，骆再飞，诸葛霞.基于“翻转课堂”的DSP课程的教学方法改革[J].大众科技，2016（02）：131-132+151.

基金项目：国家自然科学基金，相对论Dirac 系统中的新奇Fano 共振效應研究（11547001）；浙江省2016年度高等教育课堂教学改革项目（kg20160201）；浙江海洋大学科研启动项目（21065013213）

作者简介：乔倩（1985-），女，安徽五河人，博士，讲师，主要从事半导体光电子方向研究。