1、集成专业 CDIO 二级项目建设摘要：以 CDIO 工程教育理念为指导思想，对集成专业信号处理相关课程进行优化整合、构建了集成电路设计与集成系统专业信号处理课程群。所构建的信号处理课程群可作为该专业 CDIO 教学改革中的二级CDIO 项目。为本专业实施 CDIO 工程教育奠定基础。 关键词：信号处理；CDIO；集成电路设计与集成系统 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1005-913X（2013）02-0117-02 一、引言 目前信号处理相关课程在国内外诸多高校都是本科教育主要课程群之一，但该类课程存在理论性较强，数学公式和数学概念较多。学生在学习中不能理解其实质和用途，
2、很难将其与实际问题相结合，并运用相关工具来解决实际的工程问题。集成电路设计与集成系统（以下简称集成）专业中信号处理类课程占有相当大的比重，如何提高学生解决实际工程问题的能力是本专业亟待解决的问题。目前多个高校开始实施针对信号与系统或数字信号处理的课程改革，所涉及到的课程改革都是在不改变现有课程体系结构上的教学改革，没有结合各自专业的特点，如集成专业的数字信号处理的侧重点应与其他专业的数字信号处理的侧重点不同。 CDIO 工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO 代表构思（Conceive） 、设计（Design） 、实现（ Implement） 和运作（Operate） ，它以
3、产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的解决实际工程问题的能力。1，2，4信号处理是集成专业的一个重要研究方向，目前国内开设集成专业的高校还没有开展该专业的 CDIO 工程教育研究与实践。本文以 CDIO 工程教育理念为指导，以集成专业的教学计划为基础，对集成专业信号处理相关课程进行优化整合、构建集成专业信号处理课程群。所建课程群可作为本专业 CDIO 工程教育培养模式下的二级 CDIO 项目，为本专业实施 CDIO 工程教育奠定基础。另外该项目的成功实施对改善该专业的培养模式，提高该专业学生的实践能力具有重要意义。 二、信号处理课
4、程群构建的指导原则及方法 实施基于 CDIO 教学理念的集成专业教学改革，3其中最重要的环节是建立该专业的 CDIO 项目。包括：一级项目、二级项目和三级项目。本文所涉及的内容主要是为了建立一个该专业的二级项目，该二级项目是以信号处理课程群为载体，让学生掌握关联性较强的课程之间缺乏知识的继承性和连贯性。将各个课程中涉及的知识点有机结合。笔者以CDIO 工程教育理念为课程群构建的指导思想，采取理论结合实践的研究方法，构建出能突显本专业特色的信号处理课程群。 （一）以 CDIO 理念为指导，构建本专业信号处理课程群 按照 CDIO 教学改革理念，对照现行大纲，构建以信号与系统、数字信号处理、基于
5、FPGA 的系统设计与应用高级数字 IC 设计为主线的课程群。增加实践和工程应用环节，重新统筹理论教学内容，去除课程间知识的重复和冗余，构建出融传授知识、培养能力、提高素质为一体的课程群。 （二）理论结合实践，先试点试验再逐步推广 在构建课程群时采用探究式研究方法。以小班为试点进行实验，积累经验再逐步推广。对于整个课程群的构建也要先从个别课程开始，逐步扩建到整个课程群。 （三）建立有效反馈机制，及时修正课程群构建中的不足 在构建课程群的过程中，要动态调整教学内容。为此要建立一套有效的反馈机制。积极听取授课教师和听课学生的意见和建议，归纳总结及时进行调整，逐步实现课程群构建的最优化。 （四）考虑
6、本专业的特点，突显本专业特色 所构建的信号处理课程群要与本专业的教学计划紧密结合，以构建本专业信号处理方向的二级 CDIO 项目为目的。充分体现 CDIO 的教学理念和本专业的特色。 三、主要研究内容及取得的成果 构建该专业信号处理课程群，建立该专业 CDIO 工程培养模式下的二级项目。需要解决以下主要关键性问题：一是在构建的课程群中如何充分体现 CDIO 理念；二是课程群知识点的优化整合；三是设计贯穿整个课程群的案例。为了解决以上问题，本文做了以下研究工作。 （一）以 CDIO 工程教育模式的项目构建为标准，构建课程群 本文拟构建出集成专业信号处理课程群，该课程群包括：信号与系统、数字信号处
7、理、数字 IC 设计、基于 FPGA 的系统设计与应用和高级数字 IC 设计。信号与系统和数字信号处理是本专业的学科基础课；数字IC 设计和基于 FPGA 的系统设计与应用是本专业的专业平台课；高级数字IC 设计是本专业的专业方向课。课程群中课程之间的关系如图所示。所构建的课程群也可作为本专业 CDIO 教学改革的一个 CDIO 二级项目。 （二）课程群教学内容优化整合 课程群所涉及的各科课程内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。如果每门课程都强调课程内容的系统性和完整性，必然造成内容多学时少的矛盾，单门课程的教学改革很难收到理想效果。本课程群所设计的课程中内容涉
8、及集成电路设计的整个环节，从算法到架构好后到实现。其中信号与系统和数字信号处理属于算法领域，数字 IC 设计属于架构领域，基于 FPGA 的系统设计与应用和高级数字 IC 设计属于实现领域。对于一个数字系统的设计需要用到上述所有课程中涉及到的知识。但本身课程之间又有相互重叠的内容。构建该课程群时，笔者充分考虑了课程群内课程的关联性，重新统筹了理论教学内容，去除了课程间知识的重复和冗余，并增加实践和工程应用环节。 （三）以 Matlab 和 FPGA 为实现手段设计贯穿整个课程群的案例 该课程群中大量的理论和结论都是通过数学推导的方式得到，所以学生往往过于注重公式推导或证明，而不能理解其实质和用
9、途。缺乏运用工具来解决实际的工程问题的能力。本文以 Matlab 作为信号处理算法的验证的工具，FPGA 作为信号处理 VLSI 实现的验证工具。充分利用其各自的特点，以二者为该课程群的实现手段设计贯穿整个课程群的案例。所设计案例要涵盖课程群的全部重点知识点，并且可以遍历集成电路设计的设计流程：系统设计、算法设计、仿真验证、硬件描述语言建模及FPGA 验证。 （四）以数字信号处理为载体，设计了该课程群下的 CDIO 三级项目 以该课程群作为本专业二级 CDIO 项目，则该课程群下可构建出若干三级 CDIO 项目。以数字信号处理作为构建 CDIO 三级项目的试点课程，设计了该课程群下的三级 CD
10、IO 项目。设计的案例包括：基于 Matlab的 FFT IP 设计和无限冲激响应数字滤波器设计等。 本文以提高学生解决工程问题能力为目构建了信号处理课程群，旨在解决原有信号处理相关课程重理论、轻实践的问题。以 CDIO 工程教育理念为指导思想，在现有集成专业信号处理课程群的基础上，构建了该专业信号处理课程群。所构建的课程群可作为本专业 CDIO 工程教育改革中的二级 CDIO 项目。所构建的信号处理课程群充分体现了集成专业的专业特点，注重信号处理算法分析设计的同时，注重其 VLSI 的验证与实现。参考文献： 1 顾佩华，沈民奋，李升平，等.从 CDIO 到 EIP CDIO汕头大学工程教育与人才培养模式探索J.高等工程教育研究，2008（1）. 2 查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略：“做中学” 、产学合作与国际化J.高等工程教育，2008（1）. 3 刘胜辉，崔林海，黄 海.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践J.计算机教育，2008（22）. 责任编辑：谭志远
