《數字電子技術》開放式實驗模式研究

李書杰等

摘 要： 為組織研究建立一個完善的《數字電子技術》專業實踐性教學體系，培養電類專業學生綜合應用能力和創新能力，本文結合高校現行實驗條件闡述了課程改革的必要性，并構建了一套較為完善的實驗體系用于本校教學。該模式提高了學生分析問題和解決問題的能力，有效提高了學生的自主學習積極性和知識掌握水平，解決了器材損耗與浪費的問題。

關鍵詞： 教學改革 數字電子技術 實驗教學

1.引言

當今世界科學技術飛速發展，企業和社會對于具備理論知識和較強操作能力的高技術者提出更大需求。高校逐漸從以理論課程為主向著重培養學生實踐能力的教學模式轉變。《數字電子技術實驗》作為電氣信息類專業學生必修的一門重要學科技術基礎課程，是為鞏固學生數字電路的理論知識，培養學生的動手操作能力、數字電路知識應用能力及數字電路設計創新能力，掌握數字電路的分析、設計和開發而開設的一門重要實驗課，具有很強的工程實踐性[1]。教學目標是使學生掌握數字集成電路的實際應用并可以利用數字集成電路解決實際問題[2]。

本教改課題借助電子技術實驗室平臺，依托設備齊全的專業實驗室，具備項目實施的政策環境及硬件基礎。同時，實驗內容應該減少驗證性實驗，增加設計性、實用性與綜合性實驗，引入開放式的實驗教學模式，不斷提高學生的自我學習能力和興趣。通過實驗加深學生對所學知識的理解，培養學生分析、設計、組裝和調試電路的能力[3]。

2.數電實驗改革體系構建與評價

2.1理論分析

在以往的數電實驗教學中，通常是教師先對該實驗原理進行講解并提出要求和結果，然后學生根據實驗方法選取實驗器件進行功能實現。這種傳統的教學方式對學生的獨立思考能力和動手能力要求很低，實驗相對簡單，只需要按照老師安排實現功能即可，大多學生在不理解原理的情況下互相借鑒實驗方法和步驟，并且教學模式并不適合所有類型的實驗。這樣，完成實驗之后，學生不能對各種實驗理論和器材有較深入的了解，教學目標往往難以很好地實現。另外，學生對實驗缺乏了解也造成實驗器件特別是各種芯片引腳的高損壞率，難以回收利用，造成較大浪費和損失。

針對傳統實驗教學中產生的諸多問題，我們急需改變教學模式和方法。教師要從以講解原理和實驗方法為主的傳統教學方式中走出來，試著將學生的研究方法向正確的方向引導，使學生更獨立地發現、思考問題，進而更主動地解決實驗中遇到的各種問題并完成實驗內容[4]。

圖1 實驗課程改革流程圖

首先，學生要根據自己獨立設計的實驗線路圖、自主選擇實驗器件。學生可以利用課堂理論知識依據網絡、虛擬實驗室等熟悉已發到手的器件的原理及使用方法，著重于培養自學與創新能力。其次，數電實驗教學要增強開放性，逐步從僅完成課時內的學習向既要有課上學時又要保證學生隨時可以查閱資料轉變，完善課程內容。再次，在實驗結果的考核方面，將實驗過程和結果結合起來。教師不再主要進行講解和說明，更多是監督、引導和輔導，并在指導的同時對學生的學習能力、積極性和知識掌握能力進行評價，對學生的實驗學習產生督促作用。最后，對于實驗器件（主要是集成芯片）采取學校補貼加個人購買的形式進行發放，學生在熟悉器件使用注意事項的情況下擁有個人器件，可以單獨使用。在學期末再對實驗器材進行統一測試回收，杜絕一些學生不愛護實驗設備的行為，提高器件回收率。

2.2開放式實驗模式的評價

目前，我校電氣信息類專業《數字電子技術》課程實驗單獨設課，共16學時，本學期課程均采用開放式實驗模式進行教學。如下表所示，通過一學期的實踐，廣大師生反應良好，學生的學習自主性和自我評價能力明顯提高，教師按照教學目標對學生成績考核的評價更高。同時，相比于上學期，學生更關注器件的正確使用方法，器材的回收率有所提高。

表 課改前后數據綜合數據統計表

通過本次數電實驗教學改革，我們摒棄老舊的傳統教學方法，將“以教師為主”的模式轉變為“學生為主體、教師為主導”的模式。這種啟發式的教學方法更有利于提高學生的獨立思考能力，并引導學生觀察、分析和解決問題，發揮每一名學生的主觀能動性和創新意識，保證對每一名學生的培養都能達到預期目標[5]。同時，在教學期內，學生擁有自己實驗所需的基本芯片，除了正常的教學安排學生還在課下時間到實驗室繼續完成實驗內容，或者在實驗室外完成相關內容。這樣即使在實驗結束后也可以引導學生積極解決實驗中碰到的各種問題，從而更好地培養學生的實踐與創新能力。這樣不僅能滿足學生自主實驗的需求，并且能最大化地利用實驗資源，提高儀器設備利用率。

3.存在的問題和改進

開放式實驗模式提高教學質量，但在教學過程中仍存在一些問題。課程實驗是驗證器件的邏輯功能，基本上不使用大規模集成器件，這與現代硬件技術和信息技術緊密結合的現狀不相符合，導致學生的自主創新與設計能力較弱；實驗內容與生產生活的關聯性太差，且實用型不強，導致學生缺乏學習動力；實驗場地有限，為了完成教學任務只能統一安排實驗時間和內容，影響學生主動性。這就對實驗室硬件條件和開放水平及教師的教學水平提出更高要求。

為了進一步提高實驗教學水平，從各個方面使廣大師生從中受益，今后我們將會從多個方面改進。首先要積極安排實驗教學內容，提高元器件參數的測試和新器件的應用，改變僅要求掌握數字集成電路使用的數字電子技術實驗教學目標，著重培養利用數字集成電路進行電子系統開發的能力和自主設計能力，團隊合作能力和責任心。其次，在實驗教學中更多地利用現代技術方法，授課中盡量形象地將電路原理、仿真等過程更直觀地展現給學生，便于記憶與理解。同時便捷的技術手段可以更好更快地提高學生的學習興趣與能力。最后，要進一步提升實驗室開放水平，保證對學生全天開放，實驗隨到隨做。要做到真正開放還需要保證學生能夠使用儀器進行興趣性科技活動，最大化地提高自主使用性，以使實驗資源得到合理利用[6]。

4.結語

通過本次教學改革鍛煉教師隊伍，提高學生分析問題、解決問題的能力和學習積極性，有效地杜絕實驗器件的浪費。

實驗教學是《數字電子技術》課程教學中的重要環節，抓好該課程的實驗教學對培養學生系統設計、技術實現、綜合測試等工程能力具有十分重要的意義。提高高校數字電子技術實驗教學水平和質量，為后續電子技術相關課程的學習奠定良好基礎，以緊跟數字技術的發展，適應現代電子技術的發展和社會對創新性電子技術人才的需求，是電類專業基礎課教學中的一個十分重要的課題。

參考文獻：

[1]唐勝春，高晶敏，柴海莉，陳福彬.數字電子技術實驗教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2013，09：48-50.

[2]池雪蓮.國家級電工電子實訓基地建設的探索與實踐[J].科技信息，2011，10：46，49.

[3]章華幸.單片機實驗教學探索[J].中國電力教育，2014，05：184-185.

[4]丁超.“數字電子技術”實驗教學改革探索[J].中國成人教育，2012，04：134-135.

[5]楊建良.電類基礎課程實驗教學“虛實結合”模式的構建[J].實驗室研究與探索，2014，07：101-104，280.

[6]過希文，李國麗，陳權，胡存剛，錢喆，張倩，周睿.電氣工程基礎課程實驗教學模式的研究與實踐[J].中國電力教育，2013，29：87-88，101.

項目：華北理工大學教學改革項目（Y1392-62）