數(shù)字電路實驗教學改革實踐分析

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摘要：本文介紹了重慶郵電大學數(shù)字電路實驗課程組對數(shù)字電路實驗教學的改革和實踐思路，通過梳理課程內(nèi)容，增加基本技能訓練環(huán)節(jié)，引入現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，并配套包括教學資源建設(shè)，教學模式改革以及考核方式改革等。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路實驗；課程內(nèi)容；教學資源建設(shè)；考核方式改革

重慶郵電大學是以信息技術(shù)為特色和優(yōu)勢的以工科為主的高等學校，數(shù)字電路實驗是我校大部分專業(yè)的基礎(chǔ)課程，關(guān)系到后續(xù)專業(yè)課程的進一步學習，在學生工程實踐能力的培養(yǎng)中占有舉足輕重的作用。

一、存在的問題

數(shù)字電路實驗教學內(nèi)容以基礎(chǔ)、經(jīng)典知識點和傳統(tǒng)設(shè)計方法為重，缺乏對現(xiàn)代電子技術(shù)的引入。課程內(nèi)容采用固定功能元器件完成簡單功能小系統(tǒng)的設(shè)計與搭建，這種方法有利于學生熟練掌握硬件電路搭建的規(guī)范、熟練掌握固定功能數(shù)字芯片的邏輯功能、有利于鍛煉學生硬件故障的分析和排查能力，但是由于受傳統(tǒng)技術(shù)的限制，學生很難設(shè)計實現(xiàn)較大規(guī)模的、功能復(fù)雜的數(shù)字綜合系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的進步，相繼出現(xiàn)了EDA、PSoC等各類新技術(shù)并成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的主流技術(shù)，數(shù)字電路實驗教學急需引入現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，使教學和實踐訓練能夠有效地向后續(xù)課程延續(xù)。

二、教學內(nèi)容改革

針對以上問題，課程組以學生工程能力培養(yǎng)為目標，對數(shù)字電路實驗教學內(nèi)容重新進行了梳理，歸納基本技能訓練內(nèi)容，引進現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，完善課程知識架構(gòu)。數(shù)字電路實驗內(nèi)容包括“基本技能———單元電路／小系統(tǒng)（傳統(tǒng)）———綜合系統(tǒng)（現(xiàn)代）”三部分：1．數(shù)字電路實驗基本技能，指完成數(shù)字電路設(shè)計、搭建、制作、調(diào)試等需要掌握的基本能力，包括常用儀器儀表的使用，常用數(shù)字器件的識別，面包板的使用，數(shù)字實驗平臺的使用等，這些內(nèi)容簡單但是非常重要，是后續(xù)學習的基礎(chǔ)，需要學生反復(fù)實踐才能熟練掌握。這部分內(nèi)容從課上教師集中講解改為課前學生自學練習掌握，配套相應(yīng)的考核，充分調(diào)動了學生自主學習能力，切實夯實實驗基礎(chǔ)，優(yōu)化課上實驗教學內(nèi)容，有效解決課上學時有限卻需要增加實驗內(nèi)容的問題。2．保留并優(yōu)化基于傳統(tǒng)固定功能芯片的數(shù)字電路實驗內(nèi)容，以小系統(tǒng)小項目的形式組織實驗內(nèi)容，強化訓練低年級學生硬件搭建、故障定位和排查能力。3．增加現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，以綜合性較高的項目為引導，幫助學生掌握“自上而下”的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法，掌握FPGA硬件平臺的使用，開發(fā)軟件的操作，綜合系統(tǒng)的調(diào)試等。

三、配套教學改革

1．豐富教學視頻資源，自制實驗教學平臺，有效保障實驗教學開展。由課程組教師親自演示和講解，錄制數(shù)字電路實驗基本技能視頻16個，總時長100分鐘左右，每個演示視頻短小精悍，學生可以利用碎片化時間進行反復(fù)學習，然后到開放實驗室進行實際操作練習。豐富的視頻教學資源可以幫助學生快速、有效地掌握各項基本技能。課程組開發(fā)制作了一些與教學配套的硬件平臺，包括簡易數(shù)字電路實驗平臺和FPGA實驗平臺。簡易數(shù)字電路實驗平臺用于支撐傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容，與市面上大部分數(shù)字電路實驗箱相比，簡易數(shù)字電路實驗平臺裁減掉可以由標準儀表提供的功能，例如直流電源模塊、信號源模塊等，只保留了完成數(shù)字電路實驗需要的最為基礎(chǔ)的功能模塊：高低電平的產(chǎn)生模塊和高低電平指示模塊。平臺小巧方便攜帶和使用，學生人手一塊。FPGA實驗平臺用于支撐基于FPGA的數(shù)字電路實驗項目的開展，平臺提供豐富的外設(shè)資源，便于設(shè)計復(fù)雜的綜合性較高的數(shù)字電路實驗項目。2．改革實驗教學模式，采用視頻教學＋集中授課＋開放實驗＋仿真實驗的多樣性教學模式，互補優(yōu)勢，提高實踐教學效果。在基本技能訓練階段，要求學生自學，學習內(nèi)容簡單，需要反復(fù)練習才能熟練掌握，所以采用視頻教學＋開放實驗的模式?；趥鹘y(tǒng)設(shè)計方法的小系統(tǒng)設(shè)計和基于現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計，需要學生課前仿真完成預(yù)設(shè)計，課上完成硬件實現(xiàn)和調(diào)試，課后完善和補充系統(tǒng)功能，所以配套仿真實驗＋集中授課＋開放實驗的模式。3．改革考核方式，制定評分標準，注重過程化管理，合理評價學生課程掌握程度。課程考核主要包括三部分：（1）數(shù)字電路實驗基本技能，采用技能考核的方式，學生抽取試題，按要求完成任務(wù)，教師根據(jù)學生完成情況現(xiàn)場測評，考核不合格者不允許進入下一階段學習。（2）基于傳統(tǒng)技術(shù)的小系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)，采用實驗考試的方法進行考核，考題覆蓋所有已授內(nèi)容且有難易度區(qū)分，學生抽選考試題目，自行選擇題目難易度，根據(jù)題目要求完成設(shè)計、電路搭建、測試以及數(shù)據(jù)記錄和分析等，老師現(xiàn)場評測各項指標并按評分標準評定成績。（3）基于FPGA的數(shù)字綜合系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)，采用系統(tǒng)綜合測評的方式進行考核，綜合測評包括系統(tǒng)基本功能、擴展功能、學生答辯、實驗報告等。

四、結(jié)束語

課程組分析了本校數(shù)字電路實驗課程存在的問題，從改革教學內(nèi)容出發(fā)，配套實驗教學資源、實驗教學模式和過程化考核方式等改革。實踐結(jié)果表明，基本技能的訓練，將現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)引入課程，增加數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計，有效地夯實了學生的基礎(chǔ)，鍛煉了學生的動手實踐能力。

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作者:應(yīng)俊 黃沛昱 羅一靜 單位:重慶郵電大學