《數字電子技術》課程改革實踐

鄭恭明，佘新平（長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023）

為適應科技發展，滿足社會對人才培養的要求，長江大學提出了 “育人為本，理論與實驗教學并重，促進學生知識、能力和素質協調發展”的教學理念。為了培養適應生產、建設、管理、服務一線需要的高等技術應用性人才；制定了以培養技術應用能力為主線的知識、能力、素質結構的培養方案，構建以 “應用”為主旨和特征的課程教學體系，重視學生的技術應用能力的培養［1，2］。

《數字電子技術》是電子、通信、機電類等專業的核心技術基礎課及必修課。由于EDA技術、大規模集成電路，特別是可編程器件的高度發展，數字技術知識的更新速度遠遠高于整個科技領域發展的平均速度，信息時代正是以數字化為基本特征，通信、計算機、航天、醫學、工業自動化、儀器儀表、消費類電子產品等領域都在應用數字技術，所以對以數字電路邏輯設計和應用為主要教學內容的 《數字電子技術》課程提出了更高的要求。為此，筆者結合學校實際，在理論教學內容、實踐教學和考評制度上進行了探索。

1 理論教學

在課程組負責人的帶領下，各任課教師積極探索和實踐，并不斷總結和完善，出版了 《數字電子技術》理論教材［3］，并對教材里的實例和各種應用進行了Proteus仿真，不斷完善課程PPT課件。理論教學改革主要體現在以下3個方面。

1.1 強調以基礎為核心的理論課程內容安排

電子技術的發展日新月異，數字電子電路的構成方式從早期的以邏輯門、觸發器為基礎，發展到現在以集成電路為基礎，其常用分析和設計手段從早期的邏輯表達式、卡諾圖等，發展到現在以EDA計算機輔助技術為主流，數字電子技術的知識體系也日益龐大。但從根本來說，《數字電子技術》課程講述的是數字電子電路在分析、設計方面的基本知識、基本方法和基本思想。因此，理論教學上以基本概念和基本應用為主，著重于外部邏輯功能描述、分析和典型應用，強調外特性和重要參數，淡化電路的內部結構。這樣安排組織課程內容的目的是為了讓學生了解和掌握更多的關于數字電子技術的基本理論、基本分析方法和基本應用技能。讓學生知道，雖然電路的具體形式是變化無窮的，但是分析和設計電路所用到的 “三基”是始終不變的，這樣學生在學習中才能 “透過現象看本質”，從眾多的知識點中找到最重要的部分，以不變應萬變。

1.2 重視知識的體系化

《數字電子技術》的知識點很多，學生在初學時不容易抓住主線和搞清各個知識點之間的關系，容易失去學習的信心和興趣。因此在教學中要特別重視知識的體系化。這種體系化教學從2個方面入手：首先，在緒論課上，通過對學科發展歷史和應用領域的介紹，并對各個章節的內容和作用簡要說明，使學生在學習具體知識點之前，了解數字電子技術的發展、知識體系和各種應用，調動學生的學習興趣，提高學習的積極性；其次，在課程之初列舉一個實例—— 《瓶裝生產線自動控制系統》，讓學生有一個系統化的概念和各章節內容在該系統中的作用。并在以后各個章節講解過程中，對應該系統中的相關部分進行學習，注意承上啟下，將章節內和章節間的內容串聯起來，幫助學生理清知識的 “點、線、面”。這樣，既有利于學生掌握基本知識和基本方法，又建立了系統的概念。

1.3 運用多媒體和傳統方式結合的課堂教學

在課堂上恰當運用必要的現代教育技術和信息資源，可解決單純的黑板板書和口頭講解的固有不足，如繪制大量圖表和電路費時費力、不利于教學中知識點的前后對比和復習引用、抽象的原理和具體的電路或元器件不易演示等。 “多媒體”不僅僅指PPT課件，還包括圖片、動畫、視頻、音頻演示、EDA仿真軟件的直觀演示等等。PPT課件結合各種其他媒體，特別是仿真軟件的演示，能有效提高課堂效率和學生學習的興趣，如展示大量各種規格、型號的電子元器件實物圖，實例的仿真和各種電子系統電路、實物等。多媒體教學不僅方便快速，信息量大，而且會讓學生有更直觀的認識，能看到所學課程與實際應用的關聯，從而提高學生的學習興趣和主動性。如在講解譯碼器74LS138時，用Proteus軟件界面上直觀地演示編碼信號和譯碼信號之間的關系并顯示出來，通過對照真值表改變電路狀態，查看電路輸出的變化。一方面可以幫助學生理解芯片的功能，另一方面可以給學生更接近實驗環境的演示效果，使學生在后續的實踐環節能迅速上手。而在公式推導和實例的分析，使用黑板板書來完成，以避免講課速度太快，學生跟不上，從而影響上課效果。因此，各種教學方式的應用圍繞教學目標的實現為核心，揚長避短是關鍵。

2 實踐教學

依托國家級實驗教學示范中心，對數字電子技術實驗教學體系、內容、方法手段進行改革，構建了滿足電類和非電類電工電子實驗教學需求的硬件平臺，推進“以需求為導向，與興趣相結合，以能力培養為重點”的實驗內容改革，實施了 “四結合一開放”（理論與仿真結合、仿真與實驗結合、實驗與工程結合、工程與創新結合，實驗室完全開放）的實驗教學模式，使實驗教學與理論教學、工程實際和素質教育有機結合［1］。

2.1 實驗項目的設定

數字電子技術實驗采用了基本驗證型實驗和綜合設計型實驗相結合的方法，并引入可編程邏輯器件突出基本知識、方法和思想應用，著重對器件邏輯功能的描述、分析和應用，鍛煉和提高學生數字電路的安裝及調試技能。在實驗項目的選擇上強調內容的針對性、應用性、實踐性和實際操作性。學時上減少驗證性實驗，增加綜合設計性實驗比重；減少中小規模集成電路實驗，增加可編程器件實驗比重。具體實驗項目及實驗學時、實驗類型安排見表1。

2.2 實驗過程的實施

根據實驗示范中心 “四結合一開放”的教學模式，實驗課程全部實現網絡化管理，學生根據課程進度自由預約實驗時間及對應的老師。雖然實驗獨立設課，但理論課教師全程參與，進度一致，實踐與理論緊密結合，使學生在實踐環節中既能提高運用所學知識進行設計的能力。驗證性實驗把查閱器件手冊和閱讀技術資料作為學生必須掌握的基本技能；綜合設計實驗經歷設計理論講解——EDA仿真（Proteus和QuartusⅡ）——電路安裝調試——驗收，在此過程中鍛煉了學生分析、解決問題的綜合能力和工程實踐能力。同時鼓勵學生進行課外電子小制作，積極參與電子設計相關競賽，增加動手能力鍛煉機會，也能激發學生的學習興趣和熱情。

表1 實驗項目及實驗學時、實驗類型安排

2.3 實驗平臺的研制

以 “保證基礎、體現先進、聯系實踐、引導創新”為指導思想，以數字電路的設計、仿真和測試為主線，并引入可編程邏輯器件編寫了實驗教材 《數字電路設計·仿真·測試》［4］，設計了中規模集成電路實驗箱和FPGA實驗箱［5］，所有開設的實驗均可在這2個平臺上實現完成。

3 考評制度

由于學校電類專業人數較多，每年均在500人，非電類專業人數在400人左右，任課教師多。為了對教學質量的檢查與評估有一個較統一的考核標準，實行教考分離，建立符合教學大綱試題庫，評分標準明確，統一出卷，教師共同流水閱卷，并重視試卷分析，有助于教學質量的提升和教師自身業務素質的提高。

實驗課的考評，分為實驗操作成績和實驗報告成績，按7∶3比例生成單個實驗成績，總成績由單個實驗成績按課時比例累加。

4 結語

實踐證明，現階段學校數字電子技術課程教學改革使得學生的工程設計及實踐動手能力得到了明顯增強。但是，課程改革是一項復雜而長期的系統工程，需要學校的大力支持和任課教師對課程進行綜合、系統、長期的研究和完善，才能與時俱進，培養出符合社會需求的應用型人才。

［1］余厚全，吳社興，羅炎林，等.地方高校創建實驗教學示范中心的改革與實踐 ［J］.實驗室研究與探索，2007，26（12）：92-95.

［2］余厚全，吳凌云，陳永軍.電子信息類專業實驗教學的幾點思考 ［J］.實驗室研究與探索，2009，28（6）：102-104.

［3］佘新平.數字電子技術 ［M］.第2版.武漢：華中科技大學出版社，2010.

［4］佘新平.數字電路設計·仿真·測試 ［M］.武漢：華中科技大學出版社，2010.

［5］鄭恭明.FPGA創新實驗平臺的設計與應用 ［J］.實驗技術與管理，2012，29（11）：113-115.

［6］馬曉虹，尹向雷.數字電子技術實驗教學的改革與探索 ［J］.實驗技術與管理，2012，29（10）：172-174.

［7］江捷，王鐵流，趙影，等.依托教材建設推進 “數字電子技術"精品課程建設 ［J］.中國電力教育，2012，12（237）：71-72.

［8］楊雪，王玫.CDIO在數字電子技術教學模式改革中的應用 ［J］.南京工程學院學報（社會科學版），2010，10（1）：65-67.

［編輯］ 辛長靜