崔　江， 姚　睿

(南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇 南京 211106)

0　引言

目前，研究型高校的教師一般都承擔(dān)著教學(xué)和科研雙重任務(wù)。教學(xué)任務(wù)是通過(guò)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)達(dá)到既定目標(biāo)的合格人才，這些人才遲早要走上社會(huì)為社會(huì)的需求服務(wù)?？蒲腥蝿?wù)可分為橫向科研和縱向科研，橫向科研以工程技術(shù)為主，主要目的是為了滿足社會(huì)的中、短期需求，而縱向科研以基礎(chǔ)理論為主，可認(rèn)為是滿足社會(huì)或國(guó)家的長(zhǎng)期需求[1]。

教學(xué)和科研任務(wù)兩者之間是不矛盾的，而且是相互促進(jìn)的[2，3]。教學(xué)為科研提供基礎(chǔ)和源泉，反之，科研為教學(xué)提供內(nèi)容的拓展和更新。在教學(xué)和科研并重的研究型大學(xué)中，沒(méi)有高水平的科研作為反哺，是不可能產(chǎn)生高質(zhì)量教學(xué)效果的[4]。照本宣科、填鴨式的常規(guī)教學(xué)思路很難引起學(xué)生太大的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，解決未來(lái)復(fù)雜工程問(wèn)題的基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)也是心有余而力不足。本文以DSP課程的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，主要討論科研成果引入教學(xué)中的一些探索和做法。

1　科研成果用于DSP課堂教學(xué)

DSP是一門應(yīng)用廣泛的技術(shù)，研究型高校都為其開(kāi)設(shè)了相關(guān)的課程。一般而言，課程教材的內(nèi)容更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上技術(shù)發(fā)展的速度。在這種情況下，課堂教學(xué)中引入科研中的一些新成果是十分有必要的，這樣有利于拓展學(xué)生豐富的想象力，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣[5]。

以“DSP實(shí)用技術(shù)”本科生課程為例。在課程開(kāi)始講述TI的C2000系列DSP時(shí)，需要先介紹一下DSP發(fā)展的歷程。常規(guī)的介紹還是比較枯燥的，學(xué)生興趣也不大。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)谡n堂上通過(guò)引入前期開(kāi)展的一些科研項(xiàng)目總結(jié)，介紹其中已經(jīng)用到的TI公司C2000系列DSP(包括四種型號(hào)的DSP)在項(xiàng)目中發(fā)揮的核心作用，并與其他不同特點(diǎn)的型號(hào)進(jìn)行比較，把這些內(nèi)容用圖片和列表的形式在PPT課件中進(jìn)行了展示和講解，重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，而不是重點(diǎn)掌握知識(shí)本身[6]。這樣的教學(xué)效果很好，不少學(xué)生下課后還專門找授課教師討論其中感興趣的問(wèn)題。又比如，我們?cè)谡n堂上講述TMS320F28335 DSP的GPIO內(nèi)容時(shí)，引入橫向科研項(xiàng)目“小電流接地系統(tǒng)故障診斷”中GPIO的設(shè)計(jì)和應(yīng)用例子，在這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的例子里，GPIO用于控制LED閃爍和鍵盤的輸入輸出。雖然這個(gè)例子比較簡(jiǎn)單，但可以使得學(xué)生對(duì)于GPIO的應(yīng)用有一個(gè)比較直觀和感性的認(rèn)識(shí)，讓他們覺(jué)得正在學(xué)習(xí)的這些知識(shí)是有實(shí)際工程價(jià)值的，因而會(huì)更加注意聽(tīng)講，有的學(xué)生受此啟發(fā)，甚至把自己正在醞釀的一些相關(guān)的科創(chuàng)思路拿來(lái)找教師討論，增加了其學(xué)習(xí)信心。

我們對(duì)本科生引入的科研成果形式一般較為簡(jiǎn)單和基礎(chǔ)，但已經(jīng)在工程上得到了應(yīng)用，確實(shí)是實(shí)用知識(shí)；對(duì)于研究生的理論教學(xué)課程“DSP原理與應(yīng)用技術(shù)”中引入的科研成果形式則比較復(fù)雜些。例如，我們?cè)谥v述DSP內(nèi)帶A/D時(shí)候，把工程項(xiàng)目中DSP需要外擴(kuò)A/D芯片的具體思路給大家進(jìn)行了講解，順帶講解了工程中選擇A/D芯片的一般做法，并講解為什么有些工程產(chǎn)品中不用內(nèi)帶A/D功能。這種講授方法引發(fā)了學(xué)生的興趣，也開(kāi)拓了他們的學(xué)習(xí)的思路。

當(dāng)然，在課堂教學(xué)引入科研成果的時(shí)機(jī)要選擇恰當(dāng)，要根據(jù)學(xué)生的水平、專業(yè)層次選擇合適的內(nèi)容，否則，效果可能會(huì)適得其反。

2　科研成果用于DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)

課堂教學(xué)引入科研成果其形式主要以圖片、流程圖和框圖等實(shí)現(xiàn)，雖然有一定的直觀性，但還需要借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)彌補(bǔ)實(shí)踐操作上的不足。

我們的DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括本科生“DSP實(shí)用技術(shù)”課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)(每年約210人左右)，研究生公共實(shí)驗(yàn)選修課程“DSP技術(shù)應(yīng)用”(每年約190人左右)，研究生理論課程“DSP原理與應(yīng)用技術(shù)”(每年約40人左右)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)等三個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，需要考慮授課對(duì)象的差異，即本科生和研究生之間的背景知識(shí)和專業(yè)知識(shí)之間的差異。

本科生的實(shí)驗(yàn)一般比較簡(jiǎn)單，學(xué)時(shí)相對(duì)也較少，可以設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，例如：GPIO實(shí)驗(yàn)，A/D轉(zhuǎn)換基本實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)，與常規(guī)要求的實(shí)驗(yàn)比較一致，但是與常規(guī)實(shí)驗(yàn)不同之處在于，引入科研成果或項(xiàng)目的工程背景知識(shí)之后，學(xué)生的興趣會(huì)更為顯著，實(shí)驗(yàn)效果也更好，也為后續(xù)解決復(fù)雜的工程問(wèn)題打下較好的知識(shí)基礎(chǔ)。

研究生的層次較高，且已經(jīng)具備了一定的數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)基礎(chǔ)，因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，要考慮適當(dāng)引入一些有難度的實(shí)驗(yàn)。例如，我們?cè)谘芯可鷮?shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計(jì)了具有項(xiàng)目背景知識(shí)的“任意周期性波形的頻率自動(dòng)確定實(shí)驗(yàn)”。對(duì)于博士生或具有較高要求的碩士研究生而言，設(shè)計(jì)了“基于頻譜分析的信號(hào)分類和顯示實(shí)驗(yàn)”，結(jié)合這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以在一定程度上預(yù)先鍛煉研究生的項(xiàng)目能力，為其后續(xù)的相關(guān)科研工作積累一定的基礎(chǔ)。

3　科研成果的分解和作用

我們?cè)诮虒W(xué)中引入科研成果的時(shí)候，并不追求完整引入一個(gè)大系統(tǒng)，這樣會(huì)顯著增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，也會(huì)增加教師的傳授精力，很多時(shí)候會(huì)得不償失。我們的做法是，在備課的時(shí)候如果確實(shí)需要引入科研成果，則會(huì)考慮把一項(xiàng)成果中的不同部分進(jìn)行剝離和分解，將剝離分解后的不同部分用到不同層次的教學(xué)環(huán)節(jié)上去。

例如，我們把橫向項(xiàng)目“電梯限速器測(cè)試儀檢定系統(tǒng)”中基于DSP的系統(tǒng)劃分為幾個(gè)部分：GPIO部分、速度測(cè)量部分、打印機(jī)部分等。其中，GPIO部分可以用于課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的基礎(chǔ)知識(shí)，速度測(cè)量部分用于DSP外部中斷部分內(nèi)容的課堂講解中，打印機(jī)部分用于串行通訊接口的課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中(項(xiàng)目中使用的打印機(jī)是串口接口)。

又例如，我們?cè)诳v向課題“電子電路故障診斷技術(shù)研究”中的相關(guān)內(nèi)容劃分為：數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、故障診斷三個(gè)基本部分。其中，數(shù)據(jù)采集主要涉及可測(cè)暫態(tài)信號(hào)的高速采集，可以用于本科生和研究生的課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；信號(hào)處理主要包括數(shù)字濾波、快速傅里葉分解(FFT)和小波分析(WT)等，可以用于碩士研究生或博士研究生的教學(xué)中；故障診斷的內(nèi)容較多，我們有選擇地把其中的歐式距離分析用于本科生和研究生的教學(xué)中，而其中涉及到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)一般用于研究生和博士生的教學(xué)中。

4　結(jié)語(yǔ)

科研成果在教學(xué)中的引入對(duì)于學(xué)生的高質(zhì)量和高層次培養(yǎng)是大有裨益的?？蒲谐晒D(zhuǎn)化為教學(xué)有很多形式，本文主要討論了在課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，把科研成果分層次、分對(duì)象引入以提高教學(xué)效果的一些具體做法。

另外，隨著目前高校專業(yè)工程教育認(rèn)證的需要，學(xué)生解決復(fù)雜工程能力的培養(yǎng)是其中一個(gè)關(guān)鍵要求，而這個(gè)能力的培養(yǎng)是需要時(shí)間的，只能在教學(xué)中逐步培養(yǎng)。如何提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，其中，把科研成果引入課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可認(rèn)為是一個(gè)重要的途徑。

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