视频技术在农业工程实践中的应用

王申 周杰 田敏

[摘 要]微课是近年来兴起的一种使用短视频进行课堂教学的新型教学手段。基于微课进行了《DSP技术与应用》课程的教学探索，设计了针对不同知识点的微课教学视频。测验表明，进行微课视频教学后，学生对重要知识点的掌握程度明显提升，即微课有效提高了学生课堂学习效率。

[关键词]DSP技术;实验教学;微课;教学改革

一、引言

《DSP技术与应用》是电子信息工程、通信工程、电气工程与自动化等专业学生的一门专业课，系统地讲授了数字信号处理芯片的硬件结构、指令系统、开发工具、程序设计、片内外设接口及应用等理论知识，除此之外作为一门实践工程性学科，还需要完成课标要求的实验课程对课堂理论知识进行应用，锻炼动手能力[1-4]。在理论课中，需要记忆的知识点较多，部分学习内容晦涩难懂，理论性太强，对编程及数学基础有一些要求。采用原有的幻灯片讲授的讲课模式，在90分钟的教学过程中常常出现学生注意力不集中、教学重点和教学难点掌握不牢的问题。在实验课中，因为部分学生基础差，底子薄，造成对于课堂知识理解不深，相应地导致不能顺利地完成实验，最后对该课程彻底失去学习兴趣[5-6]。

二、引进微课视频教学的必要性

1.课时有限

《DSP技术与应用》在本科课程体系中承接C语言程序设计、数模电子技术、单片机原理等课程，进一步学习数字信号处理芯片及设计相关知识，在整个本科知识体系中有着举足轻重的作用。原有的课程在课时安排上课堂传授只有54个学时，时间有限，很难把每章节的重难点讲透，使学生充分理解。比如在寻址方式这一知识点的讲解中，有限的课堂时间很难把各个寻址方式讲清楚。

2.课堂教学效率低下

该课程承接学生对数字信号处理的学习，主要介绍DSP芯片的结构特点，汇编语言，系统设计方法，对DSP技术基本的调试方法。理论性强，学生在学习的过程中很容易出现注意力不集中，对学习的知识点不感兴趣等情况，教学效率低下。

3.实验安排不合理

DSP实验教学效果很大程度影响着学生对于DSP技术与应用理论教学内容的深化，学生是否掌握DSP技术的实际操作对于将来走上工作岗位起着至关重要的作用。由于课程进度、设备等问题的影响，DSP实验教学时间与对应的理论内容教学存在实践上的偏差。没有做到实验题目与对应知识点的同步。比如DSP的基本四则运算实验安排在第十二周，但是在理论课上这一知识是在第9周传授，时间跨度将近一个月，使得学生遗忘部分内容，不利學生对于这一知识点的消化和吸收。

微课视频教学是近年来新兴的一种教学手段。微课是指以简单精练的视频作为表现方式，旨在讲述课程中的重要知识点，可被利用在教学中的视频材料，一般还应含有对应的教学设计，素材资料，学习测评及解答等教学支持资源，形成一种凸显主题的资源应用[7]。

微课将课堂讲授的重要知识点凝练成5～10分钟的一段短视频，富有趣味性，知识点凝练，在知识点的讲授过程中能够有效吸引学生注意力，引发学生学习兴趣。学生可以在课前的预习过程中就重难点通过观看视频学习，在课堂上有针对性地提问存在的疑惑。教师教学有针对性，极大地提高了课堂的教学效率。同时，微课教学还包括与短视频配套的课堂练习、提问环节、讨论环节、教师点评环节等辅助性教学手段，能够有效提升课堂上师生的互动性，有效避免了填鸭式教学模式的缺点。这种教学方式，把学生的课堂时间无形地延长，学生可以在任何时间任何地点通过移动设备学习，成功解决了课时有限的问题。提前录制好实验课程的微课，学生可以在课前观看微课，可将要完成的实验流程有大致了解，在实验课堂上减少教师的讲解时间，学生也更加容易吸收，达到更好的实验效果。

三、DSP教学改革

为了改善课堂教学质量，提高课堂时间的利用效率，课程组基于微课的相关教育理论进行了《DSP技术与应用》课程教学探索。针对课堂教学及实验教学课程中每章，每个实验题目的教学重点和教学难点分别设置了5～10分钟不等的微课教学视频。

1.针对课堂教学的微课视频设计

（1）绪论章节的微课视频设计

绪论章节中，重点介绍了DSP芯片在工业生产及日常生活中的应用，因此课堂教学的重点是要给学生留下DSP芯片及技术在各个领域广泛使用的直观印象。因为学生只有建立了学习DSP知识对以后的工程实践有用的信念，认为将来学习这门知识可以实际使用到未来工作情境及生活中，学生才会对这门学科感兴趣，主动积极地学习。针对这一特点，设计了一段6分钟左右的微课视频，大致介绍了DSP技术应用在信号处理、语音图像、医疗设备、消费电子、家用电器等各方面的实例，并对技术当前的发展形势进行一些讲解。在视频实例中，既有目前最新型号的某品牌手机，也有对当前最先进的飞行器和医疗设备的介绍。DSP技术在工作场景中的应用实例可以极大地丰富学生的兴趣，激发学生的学习热情，调动学生的主观能动性。

（2）硬件结构章节的微课视频设计

硬件结构这一章是《DSP技术与应用》课程的一个基础章节，作为一门软硬件兼顾的学科，学生掌握好硬件结构对于后续的程序设计将起到很大的帮助作用。然而，部分学生反映该章节需要记忆和理解的知识点众多，比如C54x系列各引脚功能，内外线中间结构等，概念抽象，学习起来枯燥乏味。因此，针对这一章的重点问题设计了相应的微课视频，通过动画的表现形式使对于学生原本枯燥的知识点变得易于理解和富有趣味性和动态化。

例如，在学习C54x的8组16位总线这一知识点时，并没有采用传统的讲授方法，而是用动画模拟了C54x芯片如何完成简单的“1+2=3”的运算。学生通过观看微课视频，学习每条总线在运算中起到的数据和地址传递作用，将CPU、RAM、程序空间、数据空间、程序总线、数据总线、地址总线等概念逐步建立起来。在观看完微课视频后，立即组织分组讨论，就视频中出现的相关知识点进行交流，讨论后每个小组派一个代表上台讲述每条总线在运算过程中使用的先后顺序，台下的学生可以对该讲述中出现的问题提出纠正，同时反思自己的学习情况。在这个互动过程中，一方面提升了学生的课堂注意力，另一方面还可以增强小组组员之间的交流及表达能力。传统教学模式下学生感觉课堂枯燥等问题也迎刃而解。

（3）指令系统章节的微课视频设计

在指令系统章节中，要学习的重难点寻址方式是理解所有指令系统的基础。部分学生反映，C54x的七种寻址方式较为接近，不容易区分和理解。针对这一问题，制作了相应的微课视频，视频中给出了立即寻址、绝对寻址、累加器寻址、直接寻址、间接寻址、存储器映像寄存器寻址和堆栈寻址的动画讲解。在动画中，在给出了每种寻址方式的常用指令之外，还重点讲解了地址和操作数的区别，以及地址存储的不同位置。通过微课视频学习，学生们普遍反映对于寻址方式的概念更加清晰，相关知识点的理解也更加容易，混淆操作数和地址的情况变少。

（4）FIR滤波器小节的微课视频设计

FIR滤波器设计是DSP应用程序设计中的一个重点和难点，很多学生出现混淆区分线性缓冲区法和循环缓冲区法的情况。针对这一问题，制作了相应的微课视频，视频通过动画动态地反映出数据的填充过程，学生可以在视频里清晰地看到缓冲区顶部和缓冲区底部以及指针的指向。通过微课视频对线性缓冲区法和循环缓冲区法进行动态化描述，学生普遍反映取数和填充的过程十分清晰易懂，线性缓冲区法和循环缓冲区法差别明显，易于分辨。

（5）FFT实现小节的微课视频设计

在FFT的DSP实现小节中，部分学生反映在数字信号处理课上学到的FFT蝶算过程已经基本遗忘导致无法很好地理解这一部分，而《DSP技术与应用》课时有限，并没有充足的时间再重新讲述一遍FFT蝶算过程。针对这一问题，制作了相应的微课视频，利用动画手段清晰的重现了FFT蝶算过程，学生可以在课前提前复习这一知识点，反复观看，在8分钟左右的时间内完成了对这一重要知识点的回顾，为利用汇编语言在DSP芯片上实现FFT算法打下了坚实的理论基础。通过观看微课，学生在新的FFT的DSP实现这一重难点的学习中得心应手，达到更好的学习效果。

2.针对实验教学的微课视频设计

（1）DSP的基本四则运算实验

在DSP的基本四則运算实验中，许多学生只满足于利用汇编语言实现加减乘除的功能，没有考虑溢出、进借位、除零等特殊情况。针对这一问题，制作了相应的微课视频，详细给出了几种特殊情况可能出现的问题，在进行试验和编写代码前就给出了往届学生犯过的典型错误。通过观看微课，学生们的实验质量明显提高，所犯的实验错误减少，在运算过程中基本考虑了边界条件，也加入了相应的注释。

（2）IIR滤波器设计实验

在IIR滤波器设计实验中，许多学生对MATLAB软件进行滤波器设计的方法不熟悉。针对这一问题，制作了相应的微课视频，给出了如何设计常用高通、低通、带通滤波器的方法，并讲解了相应参数的意义。在观看了微课后，学生普遍学会使用MATLAB软件计算滤波器参数，实验报告的质量也有了显著提高。

结语

微课是课堂和实验教学过程中一种非常有用的手段。本文通过微课进行了《DSP技术与应用》课程的教学探索，设计了课堂教学及实验教学的微课视频。教学实践表明，进行微课学习后，学生对重要知识点的掌握程度明显提升，取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]肖永江，张兴娇，马文科，等.DSP技术课程教学要点及教学方法探讨[J].实验技术与管理，2017，34（4）：205-206+211.

[2]郭本振，王晓晶.CDIO教育理念下“DSP技术与应用”课程的教学改革[J].教书育人（高教论坛），2017（6）：78-79.

[3]王子赟.以实践为导向探索《DSP原理技术及应用》课程实验教学改革[J].教育教学论坛，2017（6）：265-267.

[4]于冬梅，韩晓新，朱成喜.“DSP技术与应用”课程中实验教学改革研究[J].江苏理工学院学报，2015，21（2）：116-120.

[5]郜园园，方益明，曾松伟，等.以实践为导向的DSP应用与技术教学研究[J].湘南学院学报，2016，37（2）：72-74.

[6]仲元红，谢礼莹，吴华，等.面向应用的DSP技术课程改革研究与探索[J].教育教学论坛，2018（30）：86-87.

[7]胡铁生，詹春青.中小学优质“微课”资源开发的区域实践与启示[J].中国教育信息化，2012（22）：65-69.

[8]程义军，楼国红.基于微课翻转课堂的DSP实验教学的研究[J].西部素质教育，2017，3（15）：169-170.

[作者简介]

王申（1992-），男，河南商丘人，硕士研究生，现就读于石河子大学，研究方向：翻转课堂

通信作者：田敏（1968-），男，河南商丘人，副教授，研究方向：农业信息技术与精准农业

[作者单位]

新疆石河子大学

（编辑：梁素娟）