摘要根據(jù)DSP課程教學(xué)內(nèi)容多、難度大和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容和方法手段等方面對(duì)該課程的教學(xué)做了有益的探索。其中教學(xué)內(nèi)容提出抓住一條主線，圍繞一個(gè)中心，突出教學(xué)重點(diǎn)；而教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)增加師生互動(dòng)，自行開發(fā)多媒體課件，融入開發(fā)實(shí)例以及改進(jìn)考核方式等。通過以上措施，提高了DSP課程的教學(xué)效果。

“DSP原理及應(yīng)用”是一門應(yīng)用型課程，具有內(nèi)容多、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。如何在有限的教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生掌握關(guān)鍵技術(shù)并具備一定的應(yīng)用能力是擺在每一位課程教師面前的重大課題。①該課程在我校的開設(shè)時(shí)間并不長，如何抓住教學(xué)重點(diǎn)以及改進(jìn)教學(xué)方法，有效提高教學(xué)質(zhì)量并培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的合格人才，這使得對(duì)DSP課程進(jìn)行教學(xué)改革研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1DSP課程教學(xué)現(xiàn)狀

（1）教學(xué)內(nèi)容不夠合理。DSP課程的總課時(shí)為30課時(shí)左右，由于課時(shí)少，加之該課程開設(shè)時(shí)間較短，較難找到合適的優(yōu)秀教材。目前的教學(xué)基本是按照所選教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行教授，很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

（2）重理論輕實(shí)踐，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。某些專業(yè)的DSP課程實(shí)踐學(xué)時(shí)不足10學(xué)時(shí)甚至更少，作為實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，缺乏足夠的實(shí)踐確實(shí)很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。而理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，無法充分利用有限的實(shí)踐機(jī)會(huì)加深理解專業(yè)理論。

（3）考核方式過于死板。目前的考核方式多為試題考試加平時(shí)成績，很少體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，學(xué)生所掌握的理論與實(shí)際相脫離較為嚴(yán)重，存在“高分低能”現(xiàn)象。

一、引言

目前越來越多的工科院校開設(shè)了DSP課程，但是在許多高職院校，DSP課程卻是最年輕的課程之一。無論在教材選取、教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方式、方法，還是考核方式上，都帶有一定的盲目性。為使學(xué)生掌握新技術(shù)，提高專業(yè)技能，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，我院通信專業(yè)開設(shè)了DSP課程，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)際，對(duì)DSP課程開設(shè)進(jìn)行了有益的探索。

二、教學(xué)目標(biāo)

2.1知識(shí)目標(biāo)通過DSP課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解DSP的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域，掌握DSP的基本硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和集成開發(fā)環(huán)境CCS的使用，學(xué)習(xí)DSP的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程的基本方法，學(xué)會(huì)利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行DSP系統(tǒng)軟硬件開發(fā)，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為今后從事數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)工作做準(zhǔn)備。

2.2能力目標(biāo)使學(xué)生在實(shí)踐中提高動(dòng)手能力和自學(xué)能力；通過分析、綜合、探究等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生探索求真知的精神。

三、教學(xué)實(shí)施

1卓越課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

1.1精選課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)DSP技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如，DSP的存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、外中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證教學(xué)過程中的結(jié)論，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，要想培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用開發(fā)能力，首要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)DSP技術(shù)的興趣。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就需要改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上添加要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成的擴(kuò)展功能，抓住每一個(gè)小點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。如在定時(shí)器實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以自己編寫程序添加外中斷，通過自主選擇控制交通燈或LED屏幕等硬件，從而比較兩種中斷的優(yōu)先級(jí)，并總結(jié)中斷的觸發(fā)，以及中斷的應(yīng)用。學(xué)生通過獨(dú)立思考解決問題，掌握了知識(shí)點(diǎn)，也鍛煉自己解決問題的能力，還能增加學(xué)生的成就感，從而激發(fā)對(duì)課程的興趣。除改進(jìn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，增加綜合性實(shí)驗(yàn)，如將DSP與數(shù)字信號(hào)處理相結(jié)合進(jìn)行FIR、IIR濾波器實(shí)驗(yàn)、LMS濾波器實(shí)驗(yàn)，與通信原理相結(jié)合進(jìn)行數(shù)字幅度調(diào)制、頻率調(diào)制，與語音相結(jié)合進(jìn)行實(shí)時(shí)語音信號(hào)壓縮及解壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)語音FIR濾波實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)頻譜分析實(shí)驗(yàn)等，不僅要求學(xué)生清楚算法，而且要求學(xué)生在了解DSP特點(diǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)該算法。綜合性的實(shí)驗(yàn)有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，綜合運(yùn)用已有的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

1.2調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，先易后難D

SP是DigitalSignalProcessor的縮寫，即數(shù)字信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法的專用或通用芯片。學(xué)習(xí)DSP技術(shù)除了要求學(xué)生掌握DSP硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)和開發(fā)平臺(tái)外，還要求學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理算法，進(jìn)一步要求學(xué)生能在一個(gè)DSP開發(fā)板上進(jìn)行相應(yīng)的拓展開發(fā)。對(duì)于大部分學(xué)生來說，在進(jìn)行DSP實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了學(xué)習(xí)復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)以外，還要學(xué)習(xí)很多生澀難懂的匯編指令，使用匯編指令要求非常嚴(yán)格，任何細(xì)小問題會(huì)導(dǎo)致程序出錯(cuò)，而問題的查找同樣困難，學(xué)生很難很快上手。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一開始就使用匯編指令，會(huì)讓很多學(xué)生產(chǎn)生挫敗感，進(jìn)而失去興趣，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。調(diào)整后實(shí)驗(yàn)的編程部分先從C語言入手，逐步過渡到匯編，根據(jù)匯編語言方便操作硬件、效率高而C語言編程容易等特點(diǎn)，將兩者進(jìn)一步融合進(jìn)行混合編程。如在完成ccs入門實(shí)驗(yàn)之后，先利用C語言進(jìn)行外中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、模數(shù)/數(shù)模實(shí)驗(yàn)以及與外圍設(shè)備相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，逐步熟悉匯編，最后進(jìn)行純匯編的濾波器實(shí)驗(yàn)，以及FFT實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生已具備了C語言的基礎(chǔ)，有利于學(xué)生熟悉了DSP的硬件結(jié)構(gòu)，在熟悉DSP的硬件結(jié)構(gòu)過程中，逐步熟悉匯編。

2卓越課程實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

1專業(yè)人才培養(yǎng)與課程設(shè)計(jì)的方向性

電子信息工程是國內(nèi)高校中開設(shè)數(shù)量較多的一個(gè)專業(yè)，社會(huì)對(duì)該專業(yè)的學(xué)生需求量大。如何使電子信息工程的人才培養(yǎng)真正形成特色、讓學(xué)生能力更強(qiáng)是值得共同思考和探索的問題。結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)信息反饋，我們認(rèn)為樹立并強(qiáng)化培養(yǎng)方向是電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要問題，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的每門課程有什么用、經(jīng)歷的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)其有什么提高、以至于明白畢業(yè)后能夠干什么。具體到專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)而言，其組織實(shí)施要以整個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)方向?yàn)橹笇?dǎo)，并最終服務(wù)于既定的人才培養(yǎng)方向，這也是專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)在教學(xué)中能否發(fā)揮應(yīng)有作用的關(guān)鍵。

1．1電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)方向初探

電子信息工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具備扎實(shí)的電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，知識(shí)面寬，實(shí)踐能力強(qiáng)，能從事電子及信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用工作，富有創(chuàng)新精神的寬口徑高級(jí)工程技術(shù)人才。知識(shí)面寬容易使學(xué)生產(chǎn)生困惑，往往形成“什么都學(xué)又都學(xué)不精”的印象。讓學(xué)生的學(xué)習(xí)具有方向感，明白學(xué)習(xí)的眾多課程之間有什么關(guān)系，學(xué)完之后能夠具備什么能力，通過樹立培養(yǎng)方向去除學(xué)生的這些疑問。從電子信息工程的專業(yè)名稱及培養(yǎng)目標(biāo)來看，該專業(yè)主要由“電子”和“信息”兩方面構(gòu)成;當(dāng)然二者是不能簡(jiǎn)單分開的，但在學(xué)生培養(yǎng)過程中可有所側(cè)重，即形成偏重于應(yīng)用電子類和信息處理類的兩大方向。應(yīng)用電子方向強(qiáng)調(diào)學(xué)生在硬件方面的能力，通過電路、電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)、DSP、嵌入式系統(tǒng)、EDA等課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，以電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)為發(fā)展方向。信息處理方向則強(qiáng)調(diào)算法開發(fā)與軟件編程能力，以信息處理與信息系統(tǒng)開發(fā)為主攻方向，重點(diǎn)課程包括信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、語言信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算方法、高級(jí)語言編程、數(shù)據(jù)庫等。上述大部分課程都是電子信息工程兩個(gè)方向的公共課，兩個(gè)方向是不能截然分開的。

1．2課程設(shè)計(jì)的方向把握

對(duì)于電子信息工程兩個(gè)不同方向的學(xué)生，專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)的組織實(shí)施是分開進(jìn)行的，即分成應(yīng)用電子技術(shù)方向課程設(shè)計(jì)和信息處理方向課程設(shè)計(jì)，這兩類設(shè)計(jì)課程都安排在學(xué)生修完各方向的主干課程之后。課程設(shè)計(jì)題目的擬定要體現(xiàn)方向性，如應(yīng)用電子類的題目可設(shè)定為小型電子系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，如“室溫控制系統(tǒng)”、“智能小車”等的設(shè)計(jì)開發(fā)，信息處理類的題目如“語音識(shí)別”、“人臉識(shí)別”、“車牌檢測(cè)”等。學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和知識(shí)結(jié)構(gòu)確定不同的發(fā)展方向，選擇相應(yīng)的專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)題目。完成各方向的設(shè)計(jì)題目需要的實(shí)驗(yàn)條件是不同的，相應(yīng)的成果形式、成績?cè)u(píng)定方式也不盡相同。

一、通信工程專業(yè)進(jìn)行信號(hào)處理課程群建設(shè)的必要性

為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，教育部在2007年下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》(教高〔2007〕2號(hào))中提到，必須從綜合優(yōu)化的角度開展課程體系及教學(xué)內(nèi)容的改革，建立與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的課程體系，課程群建設(shè)即是上述綜合優(yōu)化式的教學(xué)改革方式之一。所謂“課程群”，即是指將若干具有關(guān)聯(lián)性與銜接關(guān)系，能夠相互支撐、補(bǔ)充或強(qiáng)化的單門課程通過優(yōu)化整合后形成的課程群體［1］。自1990年北京理工大學(xué)首次提出“課群”(課程群的前期稱謂)的概念開始［2］，國內(nèi)高校相繼開展了各類課程群的教學(xué)改革與建設(shè)，最近幾年呈現(xiàn)迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的課程群建設(shè)案例。以信號(hào)處理課程群為例，如2008年重慶大學(xué)信號(hào)與信息處理課程群建設(shè)［3］，2010年長沙理工大學(xué)基于CDIO的信號(hào)處理課程群教學(xué)改革［4］，2012年安徽建筑工業(yè)學(xué)院基于創(chuàng)新實(shí)踐體系的信號(hào)處理課程群建設(shè)［5］，以及2013年中國礦業(yè)大學(xué)樹狀交織模塊化信號(hào)處理課程群體系［6］等。這些案例大部分是針對(duì)電子信息專業(yè)或電氣信息大類專業(yè)進(jìn)行建設(shè)，具有一定的普適性;由于各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)略有不同，在課程設(shè)計(jì)及教學(xué)重點(diǎn)上也存在一定差異。以電子信息工程專業(yè)與通信工程專業(yè)在信號(hào)處理類課程設(shè)置上的區(qū)別為例，電子信息工程專業(yè)的信號(hào)處理課程群一般設(shè)置有信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、語音信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、DSP技術(shù)和嵌入式技術(shù)等，這些課程大多都屬于電子信息工程專業(yè)的核心主干課程，課時(shí)量大，邏輯銜接非常緊密，其中信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理屬于基礎(chǔ)類課程，語音信號(hào)處理和數(shù)字圖像處理屬于應(yīng)用類課程，而DSP技術(shù)和嵌入式技術(shù)屬于實(shí)現(xiàn)類課程。上述課程設(shè)置方式與文獻(xiàn)［3］－［6］的課程群建設(shè)方案基本一致，可以將其作為電子信息工程專業(yè)信號(hào)處理課程群設(shè)置的參考范例。而通信工程專業(yè)的信號(hào)處理類課程中通常僅有信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理屬于核心主干課程，由于信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)并不屬于通信工程專業(yè)的重點(diǎn)培養(yǎng)目標(biāo)，因而應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)類課程多為選修課程，課時(shí)量安排較少，對(duì)學(xué)生掌握程度的要求相對(duì)較低;在信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容選取方面，則必須要考慮與通信工程專業(yè)其他主干課程的銜接關(guān)系，如通信原理、通信電子線路以及移動(dòng)通信等。因此，照搬現(xiàn)有的案例并不可行，需要結(jié)合學(xué)校實(shí)際及通信工程專業(yè)的具體情況構(gòu)建適合的信號(hào)處理課程群，才能使其與通信工程專業(yè)的整體課程架構(gòu)緊密契合。

二、本校通信工程專業(yè)信號(hào)處理類課程設(shè)置及存在的問題

通信工程專業(yè)的信號(hào)處理類課程設(shè)置如表1所示，其中信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理和MATLAB仿真及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)屬于專業(yè)必修課程，數(shù)字圖像處理、DSP技術(shù)及應(yīng)用和綜合技能實(shí)踐屬于選修課程，目前這些課程在實(shí)際教學(xué)中主要存在以下幾方面問題:

(一)關(guān)聯(lián)課程在部分教學(xué)內(nèi)容上重疊或邏輯銜接不夠緊密

例如，信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理在教學(xué)內(nèi)容上的交叉部分為離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)頻域分析，利用差分方程和Z變換求解離散時(shí)間系統(tǒng)的響應(yīng)或系統(tǒng)函數(shù)是信號(hào)與系統(tǒng)的重要知識(shí)點(diǎn)，也是數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，在課程群規(guī)劃之前各門課程單獨(dú)設(shè)置授課學(xué)時(shí)，因此都花費(fèi)相當(dāng)?shù)恼n時(shí)數(shù)重復(fù)講授該部分內(nèi)容。又如，信號(hào)與系統(tǒng)中的傅里葉變換是時(shí)域和頻域轉(zhuǎn)換的橋梁，在常用信號(hào)的傅里葉變換一節(jié)中僅用一個(gè)公式簡(jiǎn)單描述正余弦信號(hào)的頻譜表達(dá)式，因此在教學(xué)中通常被一筆帶過，很少詳細(xì)講述該表達(dá)式的物理意義，而這正是調(diào)制與解調(diào)的理論基礎(chǔ)，在后續(xù)的通信電子線路、通信原理以及移動(dòng)通信等課程中將被反復(fù)提及和運(yùn)用，學(xué)生卻因?yàn)橛∠蟛簧羁潭鴮?duì)此概念不甚理解，從而影響了對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的掌握。這些都是沒有充分利用課程內(nèi)容間的邏輯關(guān)聯(lián)進(jìn)行相互支撐和強(qiáng)化的典型案例。

一、課程教學(xué)方法和手段的改革

教學(xué)中要注重教學(xué)方法和手段的推陳出新，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，強(qiáng)調(diào)基本概念和原理的正確理解，教學(xué)中應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面。

(一)優(yōu)化教學(xué)方法上好“緒論”課，以知識(shí)的應(yīng)用提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前，有相當(dāng)一部分學(xué)生“信號(hào)與系統(tǒng)”學(xué)得不好，主要原因是學(xué)習(xí)積極性不高，看到滿篇的公式就害怕，由此對(duì)課程學(xué)習(xí)失去信心。針對(duì)這種情況，教師要在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性方面下功夫。教師需用啟發(fā)式教學(xué)取代以教師、課堂、課本為中心的灌輸式教學(xué)?？衫谩熬w論”課激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情:利用多媒體著重介紹數(shù)字信號(hào)處理在通信、語音和圖像處理等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，如，手機(jī)的DSP芯片、門禁系統(tǒng)、心電信號(hào)濾波、數(shù)字圖像處理、視頻監(jiān)控、微信等，讓學(xué)生明白該課程的重要性及其應(yīng)用領(lǐng)域，提升學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的興趣與學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)過程中靈活設(shè)置教學(xué)情境，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)，多做一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，拓展思維、增強(qiáng)信心。淡化公式推導(dǎo)，著重強(qiáng)調(diào)概念的物理意義和聯(lián)系。由于教材中大部分定理和結(jié)論是通過推導(dǎo)得出的，一些學(xué)生過于注重公式推導(dǎo)或證明。其實(shí)，授課時(shí)只需詳細(xì)推導(dǎo)典型公式，把一些重要的公式講清楚，類似的內(nèi)容可讓學(xué)生課后自學(xué)。課堂上教師要盡可能淡化推導(dǎo)和解題技巧，強(qiáng)調(diào)所得出結(jié)論的物理意義和工程應(yīng)用，將抽樣、頻譜分析、濾波等工程應(yīng)用案例穿插于理論教學(xué)中，讓工程應(yīng)用成為“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)中的主線，做到數(shù)學(xué)概念、物理意義、工程應(yīng)用三者并重，［4］提高學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的目的性和主動(dòng)性。突出重難點(diǎn)，靈活采用多種教學(xué)方法。教學(xué)過程中分清主次，重難點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)講、詳細(xì)講，較簡(jiǎn)單的或應(yīng)用不多的內(nèi)容則少講或讓學(xué)生自學(xué)。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活選取不同的教學(xué)方法，如案例法、比喻法、對(duì)比法等，［5］通過分析和歸納總結(jié)的方式優(yōu)化教學(xué)方法，分解復(fù)雜問題。如，講授線性卷積時(shí)，將待卷積的兩個(gè)序列看作站成兩排等待領(lǐng)導(dǎo)接見的群眾，而卷積運(yùn)算過程相當(dāng)于領(lǐng)導(dǎo)和所接見群眾依次握手的過程。教師要善于運(yùn)用幽默形象的語言和高超的藝術(shù)，把抽象而枯燥無味的知識(shí)變得生動(dòng)有趣。巧用對(duì)比法。對(duì)比法能潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生將相近或相似的概念和方法進(jìn)行小結(jié)、比較和分析，不僅能更好地理解不同內(nèi)容之間的共性和個(gè)性，而且能夠培養(yǎng)發(fā)散思維能力，提高學(xué)習(xí)效率，如圖2，將ZT、DFS、DTFT、DFT幾種變換通過圖表來比較，清晰地展現(xiàn)常見變量間的關(guān)系，避免混淆。為了讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系、用途有清晰的認(rèn)識(shí)，可利用“知識(shí)樹”的形式把每個(gè)章節(jié)的重點(diǎn)層層分解，將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)和應(yīng)用聯(lián)系起來，便于歸納和總結(jié)(如圖2)。講解IIR和FIR濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，先向?qū)W生講清為什么要設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器、有哪些應(yīng)用、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器需要用到哪些知識(shí)。這樣，學(xué)生會(huì)自然而然地把所學(xué)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來。關(guān)注師生交流和信息反饋，重視因材施教。教師要根據(jù)不同專業(yè)和學(xué)生基礎(chǔ)等方面的差異，在講課方式和側(cè)重點(diǎn)上有所區(qū)別。教師要及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，幫扶“學(xué)困生”，提升“優(yōu)等生”。

(二)改革課堂教學(xué)模式傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)手段并用。運(yùn)用多媒體教學(xué)能使抽象難懂的教學(xué)內(nèi)容形象化、直觀化，提高教學(xué)效率。［6］但在實(shí)際的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)中，過多地采用多媒體教學(xué)，教學(xué)效果并不理想。課堂中靈活運(yùn)用黑板板書、多媒體課件、Matlab或LabView軟件演示，可增強(qiáng)師生互動(dòng)。［7］難一點(diǎn)的公式推導(dǎo)和證明，仍然采用傳統(tǒng)板書方式教學(xué)，盡量放慢講課節(jié)奏，留給學(xué)生充裕的思考時(shí)間，達(dá)到深刻理解的目的。對(duì)于比較抽象的概念、原理或結(jié)論，如信號(hào)采樣及恢復(fù)、頻譜分析、循環(huán)卷積等，可借助多媒體技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)、形象、高效地展示在學(xué)生面前，讓學(xué)生更清晰地理解其物理意義。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)或視頻資源共享平臺(tái)也可避免多媒體教學(xué)課堂容量大、教學(xué)內(nèi)容難消化的問題。課后，讓學(xué)生登陸網(wǎng)絡(luò)課程，彌補(bǔ)大班教學(xué)人數(shù)過多造成的師生溝通不便、信息反饋通道不暢的問題;通過網(wǎng)絡(luò)答疑、討論和激勵(lì)制度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)參與性。建立“學(xué)習(xí)共同體”教學(xué)模式?！皩W(xué)習(xí)共同體”是指由學(xué)習(xí)者及助學(xué)者(包括教師、專家、輔導(dǎo)員等)共同構(gòu)成的團(tuán)體。［8］共同體成員在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常溝通、交流，分享學(xué)習(xí)資源，共同完成特定學(xué)習(xí)任務(wù)，形成相互影響、相互促進(jìn)的學(xué)習(xí)組織。在大班教學(xué)中建立學(xué)習(xí)共同體，在課堂教學(xué)中形成師生互教、互學(xué)的互動(dòng)關(guān)系，教師在教學(xué)過程中給學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，學(xué)生根據(jù)所接受的任務(wù)去發(fā)現(xiàn)、思考和解決問題，增進(jìn)協(xié)作和互動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而改善課堂教學(xué)效果，提高學(xué)習(xí)效率。

(三)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，高度重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)始終堅(jiān)持理論與實(shí)踐并重的原則。理論教學(xué)只是學(xué)習(xí)該門課程的一部分，將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，才能達(dá)到學(xué)以致用的目的。為此，必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。運(yùn)用仿真軟件教學(xué)。仿真軟件Matlab和Labview以其編程和調(diào)試簡(jiǎn)單、代碼短、效率高等特點(diǎn)深受廣大教學(xué)和科研人員的歡迎，［9］廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)、系統(tǒng)仿真等領(lǐng)域。結(jié)合幾年來“數(shù)字信號(hào)處理”課程的授課經(jīng)驗(yàn)，在課程中引入Matlab和Labview軟件，讓學(xué)生動(dòng)手完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度，有助于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)成就感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力。CCS是TI公司推出的DSP軟件集成開發(fā)環(huán)境，它運(yùn)用圖形接口界面，提供工程管理和編輯工具。教師可以用2學(xué)時(shí)介紹DSP結(jié)構(gòu)、開發(fā)環(huán)境、DSP系列及其應(yīng)用實(shí)例。通過了解DSP仿真軟件CCS，為后續(xù)的DSP課程設(shè)計(jì)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容和工程應(yīng)用的融合?！皵?shù)字信號(hào)處理”教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持以實(shí)踐性和應(yīng)用性為教學(xué)目的，分層設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，盡量減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。革除填鴨式教學(xué)，開展“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)”的教學(xué)模式，結(jié)合學(xué)生情況，創(chuàng)設(shè)情境，教師提出任務(wù)，學(xué)生邊學(xué)邊練，完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)，充分培養(yǎng)學(xué)生的再學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。［10］針對(duì)每一章的具體內(nèi)容，在講授理論知識(shí)之前先給學(xué)生一個(gè)具體的工程應(yīng)用例子，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生積極開動(dòng)腦筋，督促學(xué)生課后以小組為單位主動(dòng)查找相關(guān)資料，提出解決問題的方法和思路。如，在講授數(shù)字濾波器之前，教師可設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行去噪處理。同時(shí)，教師可以電子設(shè)計(jì)大賽等學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，以畢業(yè)設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性課題的研究，深入掌握信號(hào)處理理論，增強(qiáng)工程應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，做到學(xué)以致用。

二、考核方式的改革

摘要：將課堂理論教學(xué)與軟件仿真、實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合是改善教學(xué)效果的有效途徑之一。設(shè)計(jì)了一款基于RT-LAB的電力電子系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)，以此將虛擬仿真教學(xué)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)手段有機(jī)融入課程教學(xué)進(jìn)程，并以三相四線制逆變器電路為例，介紹了教學(xué)的過程與步驟。教學(xué)實(shí)踐表明，電力電子系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)的使用有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)習(xí)效果的提高起到了積極的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：RT-LAB；半實(shí)物仿真系統(tǒng)；三相四線制逆變器；MatLab/Simulink

1研究背景

電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，而我國電力電子相關(guān)技術(shù)人員卻一直較為缺乏，如何通過高效的電力電子技術(shù)課程教學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)研發(fā)人員已成為當(dāng)前高校亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。在電力電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，目前主要是采用模態(tài)分析、波形分析以及理論分析法對(duì)學(xué)生進(jìn)行講授，很多學(xué)生從未接觸過電力電子變換器實(shí)物，因此在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，學(xué)習(xí)過程比較枯燥，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想[1-2]。近年來，不少高校將MatLab/Simulink引入電力電子課程，采取了在傳統(tǒng)教學(xué)模式中加入仿真軟件的內(nèi)容，提升學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的掌握程度。但鑒于學(xué)生需要對(duì)產(chǎn)品工作過程和構(gòu)建過程的感官了解，所以僅依靠上述理論教學(xué)和軟件仿真的教學(xué)手段仍然很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。部分高校采購了相關(guān)電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)[3-5]，但其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)落后，基本都是以晶閘管等半控型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，很難滿足當(dāng)前電力電子技術(shù)課程教學(xué)的要求。此外，由于電力電子設(shè)備的控制算法以及主電路均已固化到實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定且難以擴(kuò)展，學(xué)生參與度低，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，若能讓學(xué)生在接觸到電力電子變換器實(shí)物的同時(shí)，又能針對(duì)具體的電力電子變換器主電路對(duì)控制算法進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，則可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而得到較好的教學(xué)效果[6-8]。因此，本文利用MatLab/Simulink虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想，設(shè)計(jì)了一款基于RT-LAB仿真機(jī)的電力電子變換器半實(shí)物仿真平臺(tái)，并基于該仿真平臺(tái)對(duì)電力電子技術(shù)課程教學(xué)過程進(jìn)行了重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)，以期能為電力電子技術(shù)的教學(xué)提供一種新的方法與思路。

2半實(shí)物仿真系統(tǒng)及其仿真原理

一個(gè)完整的電力電子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含兩部分功能模塊：一是電力電子變換器主電路；二是對(duì)主電路進(jìn)行控制的控制器模塊。半實(shí)物仿真系統(tǒng)是指系統(tǒng)中某功能模塊由計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)現(xiàn)，而另一功能模塊則由具體的實(shí)物電路實(shí)現(xiàn)。就電力電子系統(tǒng)的半實(shí)物仿真系統(tǒng)而言又分為以下兩種情況。2.1快速控制原型(RapidControlPrototype，RCP)RCP采用“虛擬控制器+實(shí)際被控對(duì)象”的模式，即電力電子變換器主電路由實(shí)物電路實(shí)現(xiàn)，而控制算法在MatLab/Simulink等仿真軟件中進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試通過后將相關(guān)算法下載至仿真主機(jī)運(yùn)行，由仿真主機(jī)代替單片機(jī)或DSP等控制器對(duì)主電路進(jìn)行控制。2.2硬件在環(huán)仿真(HardwareintheLoop，HIL)HIL采用“實(shí)際控制器+虛擬被控對(duì)象”的模式，即電力電子變換器主電路在MatLab/Simulink等仿真軟件中建模、調(diào)試，調(diào)試通過后將數(shù)學(xué)模型下載至仿真機(jī)，由仿真機(jī)虛擬實(shí)際電路，而控制器由單片機(jī)系統(tǒng)、DSP系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)，最終單片機(jī)或DSP系統(tǒng)與仿真主機(jī)進(jìn)行聯(lián)合仿真。對(duì)于控制器而言，其效果等同于控制一個(gè)實(shí)際的變換器主電路。硬件在環(huán)(HIL)技術(shù)在工業(yè)電力電子與電力傳動(dòng)領(lǐng)域越來越受到重視，廣泛應(yīng)用于智能微網(wǎng)、MMC模塊變頻器以及電力儲(chǔ)能等大功率場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制算法快速驗(yàn)證和產(chǎn)品控制器的快速研發(fā)。RT-LAB是由加拿大Opal-RT公司推出的一套專門針對(duì)電力系統(tǒng)、電力電子以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。該平臺(tái)可與MatLab/Simulink無縫對(duì)接，運(yùn)行過程中可在上位機(jī)MatLab/Simulink中對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整并實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過轉(zhuǎn)接板觀察仿真機(jī)與實(shí)物電路之間的實(shí)際物理信號(hào)，從而對(duì)電力電子系統(tǒng)的工作原理與運(yùn)行特性有更直觀、深刻的理解。該特點(diǎn)十分適合于電力電子系統(tǒng)工作原理與相關(guān)控制算法的仿真、測(cè)試以及演示，因此基于RT-LAB仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)課程的教學(xué)與實(shí)踐具有較強(qiáng)的可行性。應(yīng)用RT-LAB進(jìn)行半實(shí)物仿真教學(xué)，主要有三種模式。一是全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真模式。該模式直接在MatLab/Simulink中對(duì)電力電子變換器主電路以及對(duì)應(yīng)控制算法進(jìn)行建模并調(diào)試，調(diào)試通過后將相關(guān)模型進(jìn)行編譯并下載至RT-LAB主機(jī)中進(jìn)行仿真。在仿真步長不大于10μs時(shí)，RT-LAB可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，從而使得學(xué)生對(duì)電力電子系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有較直觀的認(rèn)識(shí)。二是功率硬件在環(huán)仿真模式(PowerHardwareintheLoop，PHIL)。PHIL在國際上已經(jīng)有了廣泛的研究和應(yīng)用。該模式下，RT-LAB仿真機(jī)根據(jù)所收到的控制器信號(hào)對(duì)Simulink中的虛擬電力電子器件進(jìn)行開關(guān)控制并將主電路的電壓電流等信號(hào)反饋至外部真實(shí)控制器。其缺點(diǎn)是，針對(duì)不同拓?fù)潆娐沸枰O(shè)計(jì)不同控制算法，而DSP/FPGA的算法實(shí)現(xiàn)過程較復(fù)雜，因此該模式主要適用于智能電網(wǎng)、多電平變換器等大功率應(yīng)用場(chǎng)景。三是功率級(jí)的快速控制原型開發(fā)模式(PowerRapidControlPrototype，PRCP)。該模式下，電力電子變換器主電路為實(shí)物電路，而對(duì)應(yīng)的控制邏輯則可在MatLab/Simulink中實(shí)現(xiàn)并下載到RT-LAB仿真機(jī)，隨后RT-LAB仿真機(jī)運(yùn)行對(duì)應(yīng)控制算法以此控制實(shí)物電路。由于控制算法是在MatLab/Simulink中實(shí)現(xiàn)，該種模式適用于需要對(duì)控制算法頻繁修改、調(diào)試，而主電路拓?fù)浔３植蛔兊那闆r。電力電子課程教學(xué)過程中所涉及的主電路拓?fù)洳欢?，學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于電路拓?fù)涞墓ぷ髟砗涂刂品绞?，選擇PRCP模式既可以讓學(xué)生直接接觸到電力電子變換器主電路，又可以在學(xué)生所熟悉的MatLab/Simulink環(huán)境中進(jìn)行算法驗(yàn)證，因此本文選用該模式進(jìn)行電力電子技術(shù)課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。

摘要：針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室電源或線路容量較小的工況，構(gòu)建了基于雙變流器的電力電子課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，介紹了平臺(tái)的主電路結(jié)構(gòu)和主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)原理，并對(duì)平臺(tái)的整流、逆變、能量回饋、無功生成及補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅克服了電源或線路容量有限的缺點(diǎn)，而且豐富了電力電子課程探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，可顯著提升電力電子課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電力電子；雙變流器；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；探究性實(shí)驗(yàn)

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，迫切需要新能源發(fā)電和電能高效變換技術(shù)[1-6]。因此，作為電能變換的核心技術(shù)，電力電子技術(shù)課程在電氣工程類專業(yè)教學(xué)中占有十分重要的地位。電力電子技術(shù)與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，單純的理論分析教學(xué)模式不利于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的深入理解。實(shí)驗(yàn)課程在提升電力電子教學(xué)效果中有著至關(guān)重要的作用，它能夠?qū)⒊橄罂菰锏睦碚撟兊蒙鷦?dòng)具體，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。為此，眾多高校致力于電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建和持續(xù)更新[7-12]。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，以PWM理論為基礎(chǔ)的電能變換技術(shù)在電能變換和控制中(尤其在中小功率場(chǎng)合)占據(jù)主導(dǎo)地位[13-16]。但目前電力電子實(shí)驗(yàn)課程依然主要基于晶閘管器件的相控技術(shù)，教學(xué)內(nèi)容老化，與電力電子實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。因此，為加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代電力電子技術(shù)的理解，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，迫切需要建立以現(xiàn)代電力電子技術(shù)為應(yīng)用背景的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由于高校實(shí)驗(yàn)室電源或線路容量通常較小，購置的電力電子實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)過程通常只能在小電流工況下進(jìn)行，無法反映電力電子裝置實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。為此，本文設(shè)計(jì)了基于雙變流器的電力電子課程創(chuàng)新綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基于該平臺(tái)，學(xué)生可進(jìn)行PWM整流、PWM逆變、能量回饋、無功生成、無功補(bǔ)償以及有源濾波等多項(xiàng)以現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用為背景的實(shí)驗(yàn)。該平臺(tái)有效克服了電源或線路容量不足所帶來的局限性，大幅提高了實(shí)驗(yàn)靈活性。此外，該平臺(tái)具有交流欠壓、交流過壓、直流過壓、缺相、錯(cuò)相、過流和過溫等完善的保護(hù)措施，安全性高，適合學(xué)生操作。

1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)主要包括功率主電路、信號(hào)調(diào)理電路及控制與保護(hù)電路，涉及電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及可編程邏輯器件等多門課程的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)原理手冊(cè)均對(duì)學(xué)生完全開放，作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)前期的學(xué)習(xí)材料，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和掌握多門專業(yè)知識(shí)，將相關(guān)課程的知識(shí)“點(diǎn)”串成一條“線”，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)。1.1功率主電路拓?fù)浠陔p變流器的電力電子課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主電路拓?fù)淙鐖D1所示。us和is分別為電網(wǎng)電壓和網(wǎng)側(cè)電流；VSC1和VSC2為兩臺(tái)具有相同結(jié)構(gòu)的電壓源型變流器(其拓?fù)淙鐖D2所示)；L1和L2分別為兩臺(tái)變流器的輸出濾波電感；Cdc1和Cdc2為直流側(cè)電壓支撐電容；為提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)靈活性，兩臺(tái)變流器直流側(cè)通過開關(guān)Sw連接，當(dāng)進(jìn)行PWM整流+逆變實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合Sw，形成背靠背結(jié)構(gòu)，控制VSC1使其工作在整流狀態(tài)，VSC2工作于逆變狀態(tài)；當(dāng)進(jìn)行無功電流生成及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)時(shí)斷開Sw，兩臺(tái)VSC分別作為無功發(fā)生器和無功補(bǔ)償器。1.2控制與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制電路板采用四層板結(jié)構(gòu)，由上至下分別為頂層信號(hào)層、地層、電源層以及底層信號(hào)層，如圖3所示。主控芯片采用TI公司TMS320F28335浮點(diǎn)型DSP，并結(jié)合相關(guān)外圍電路實(shí)現(xiàn)具有多項(xiàng)保護(hù)功能的DSP系統(tǒng)控制器。整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)邏輯由ALTERA公司的EPM7128STI100型CPLD管理，主要實(shí)現(xiàn)相序判斷、故障類型指示及保護(hù)等功能。當(dāng)出現(xiàn)任一故障時(shí)，CPLD輸出PWM封鎖信號(hào)并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障類型指示燈，便于學(xué)生對(duì)故障類型進(jìn)行判斷。此外，系統(tǒng)中還設(shè)置了控制電源指示燈、PWM封鎖指示燈以及CPLD工作狀態(tài)指示燈等，便于學(xué)生了解系統(tǒng)的狀態(tài)。為提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)中設(shè)置了額外的保護(hù)信號(hào)輸入端及數(shù)字量輸入端。由主電路和控制系統(tǒng)組成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示。

2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

近10多年來，隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)通信專業(yè)人才的需求也日益增加，許多高校開始培養(yǎng)大量的通信及其相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，許多非通信專業(yè)增設(shè)了通信類的課程，這些都對(duì)通信專業(yè)本科培養(yǎng)中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求［1-2］。我校的通信專業(yè)歷史悠久，在實(shí)踐教學(xué)中作了大量的探索、改革和實(shí)踐，取得了很好的成績。2006年，“通信工程專業(yè)”評(píng)為陜西省名牌專業(yè);2007年，“通信原理實(shí)驗(yàn)”評(píng)為陜西省精品課程，填補(bǔ)了我省通信類實(shí)驗(yàn)精品課程的空白;2008年，通信工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)獲省教育廳批準(zhǔn)。

在構(gòu)建通信及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)體系中，我們緊扣教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”和我校通信與信息類工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)不同專業(yè)、不同層次的教學(xué)要求，深化教學(xué)改革，既保留并規(guī)范了原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，增加設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開發(fā)了一系列與現(xiàn)代技術(shù)相適應(yīng)的先進(jìn)的高水平實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目［3-4］，構(gòu)建了“基礎(chǔ)型、應(yīng)用型、綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型”的分層次、循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，相應(yīng)設(shè)置了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、“系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)”、“應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，重新制定了課程教學(xué)大綱，進(jìn)行了課程內(nèi)容的優(yōu)化與重組，編寫了多部實(shí)驗(yàn)教材，形成了模塊化管理、軟硬結(jié)合、層次分明、結(jié)構(gòu)完善的實(shí)驗(yàn)課程體系，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)水平都有了飛躍式的發(fā)展。

1實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)思想

在實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建中，設(shè)計(jì)了分層漸進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，遵循“基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)—能力培養(yǎng)—競(jìng)賽強(qiáng)化”的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)思路，即:首先是扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化能力的培養(yǎng)，最后通過參加各種學(xué)科競(jìng)賽提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力。針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，有基于“通信原理綜合實(shí)驗(yàn)箱”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、分別利用DSP、ARM和FPGA的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，通過通信原理實(shí)驗(yàn)箱讓學(xué)生驗(yàn)證點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)中的基本的調(diào)制解調(diào)原理、編譯碼技術(shù)、系統(tǒng)性能分析等理論知識(shí)，并通過DSP、FPGA和ARM開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);針對(duì)強(qiáng)化能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括基于SystemView的通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)［5］、雙語教學(xué)的基于Matlab的通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)［6］，通過軟件仿真平臺(tái)自行設(shè)計(jì)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的通信系統(tǒng)，明確各個(gè)具體模塊的實(shí)現(xiàn)方法以及相互之間的關(guān)聯(lián)，從而真正了解整個(gè)通信系統(tǒng)的組成及工作原理，在應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括軟件無線電實(shí)驗(yàn)和CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，軟件無線電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)和編譯碼技術(shù)，在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，可以接觸到實(shí)際系統(tǒng)的構(gòu)造和工作過程，鍛煉動(dòng)手能力;最后，選拔優(yōu)秀的學(xué)生，參加各種競(jìng)賽，提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。

在實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)突出了以下幾點(diǎn):

(1)各模塊之間既相互聯(lián)系，同時(shí)也自成體系，支撐相應(yīng)的理論教學(xué)內(nèi)容，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將多媒體技術(shù)、虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代化教學(xué)方法與手段相結(jié)合，充分利用先進(jìn)的、豐富多彩的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源［7］;

提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)發(fā)揮著極其重要的作用，高校各專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上均增加了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，且綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中所占比例呈上升趨勢(shì)［1－8］。綜合性實(shí)驗(yàn)是構(gòu)成創(chuàng)新教育體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的重要元素。通過綜合性實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)與引導(dǎo)，使學(xué)生在夯實(shí)基礎(chǔ)理論、基本技能的同時(shí)，培養(yǎng)敏銳的觀察能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力、系統(tǒng)的綜合分析能力、高度的準(zhǔn)確判斷能力以及敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新的勇氣和能力。

1設(shè)計(jì)原則

綜合性實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)操作技能的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用某一課程或多門課程的知識(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性、開放性實(shí)驗(yàn)［9］。（1）綜合性。綜合性是實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)的首要原則。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)過程中必須將多門專業(yè)課甚至專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課的基本理論、基本操作技能有機(jī)地結(jié)合在一起，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的綜合應(yīng)用。（2）實(shí)用性。案例要具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)案例的設(shè)計(jì)采用當(dāng)前主流的、重要的通信系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，學(xué)生可以通過綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，切實(shí)掌握實(shí)用技能，提高就業(yè)能力，并為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（3）趣味性。興趣是最好的老師。綜合性實(shí)驗(yàn)案例對(duì)學(xué)生要具有挑戰(zhàn)性，而且必須是學(xué)生感興趣的，最好是他們身邊能夠接觸、感知的熱點(diǎn)話題，或有待解決的實(shí)際問題等，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和實(shí)驗(yàn)興趣。學(xué)生可自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。（4）可擴(kuò)展性。綜合性實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)要具有可擴(kuò)展性，可以根據(jù)學(xué)科建設(shè)、專業(yè)發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)的需要進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化。（5）體現(xiàn)“通信特色”，符合通信學(xué)科特點(diǎn)和專業(yè)培養(yǎng)要求。

2案例來源

在案例的設(shè)計(jì)和選擇上既要體現(xiàn)綜合性、創(chuàng)造性，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，同時(shí)也要考慮到實(shí)驗(yàn)的課時(shí)安排和難度控制。因此，通信專業(yè)類綜合性實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)從以下4方面進(jìn)行選材：（1）優(yōu)質(zhì)科研成果轉(zhuǎn)化。學(xué)院承擔(dān)大量的國家科研項(xiàng)目，可以將其中某些項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)化、修改、重組，轉(zhuǎn)化成通信專業(yè)類綜合性實(shí)驗(yàn)案例，從而將先進(jìn)的科研成果打造為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的結(jié)合。（2）各類電子設(shè)計(jì)大賽題目改造。全國及各省、校級(jí)電子設(shè)計(jì)大賽中有很多具有創(chuàng)新性、前瞻性、實(shí)用性的方案可以經(jīng)過適當(dāng)修改，作為通信專業(yè)類綜合性實(shí)驗(yàn)案例。學(xué)生可以通過這樣的實(shí)驗(yàn)案例了解各級(jí)大賽的要求和特點(diǎn)，教師也可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，選拔優(yōu)秀學(xué)生參加各級(jí)大賽，從而提高學(xué)生在電子大賽中的能力和水平。（3）選擇各類電子制作期刊和報(bào)紙的有關(guān)科技論文的內(nèi)容。科技論文通常是對(duì)本專業(yè)內(nèi)最新的前沿科技的介紹、論述和總結(jié)，可以選擇其中合適的內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，作為通信專業(yè)類綜合性實(shí)驗(yàn)案例，使學(xué)生了解學(xué)科未來的發(fā)展方向和前沿技術(shù)。（4）對(duì)部分傳統(tǒng)（基礎(chǔ)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革、優(yōu)化、重組。傳統(tǒng)（基礎(chǔ)）實(shí)驗(yàn)多是單一內(nèi)容的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性，可以充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方案進(jìn)行改革、優(yōu)化、重組，從而設(shè)計(jì)出符合當(dāng)前教學(xué)要求的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

3案例設(shè)計(jì)