基于實踐教學的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程教學改革

孫統(tǒng)風

摘 要：數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計是一門理論性和實踐性很強的課程，與計算機專業(yè)、電子專業(yè)相關(guān)課程緊密相關(guān)，目的是培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。論文提出了基于實踐教學的教學改革，鼓勵主動學習，以實踐為主線，通過實踐教學帶動理論教學，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力，提高教學效果。

關(guān)鍵詞：實踐教學；主動學習；實踐創(chuàng)新能力

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》對高等教育創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提出了新的要求，突出強化了實踐教學環(huán)節(jié)的重要性。實踐環(huán)節(jié)是大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)，也是應(yīng)用型人才和創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的重要方式[ 1-2 ]。大學生，尤其是工科學生，他們對專業(yè)理論知識的掌握和創(chuàng)新能力的提高都離不開實踐，創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在創(chuàng)新實踐能力方面。

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程是一門理論性和實踐性很強的課程，目標是使學生掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本理論和基本方法，能夠使用所學知識設(shè)計數(shù)字電路解決實際問題。該課程知識點多，操作性強，采用HDL（硬件描述語言）編程來設(shè)計電路，但與計算機編程和傳統(tǒng)的電路設(shè)計有很大的區(qū)別，對初學者來講，是全新的內(nèi)容，很難通過課堂聽講完全掌握。教學改革以實踐教學為主線，實踐與理論相輔相成，以提高數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的教學效果。

1 教學改革與探索

針對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程教學中存在的問題，結(jié)合國家人才發(fā)展規(guī)劃，以實踐教學為主線，提出了具體的課程改革方法與實施方案。

1.1 課程教學中存在的問題

1）HDL語言與EDA軟件。HDL語法規(guī)則與傳統(tǒng)的計算機高級語言類似，但是該語言與計算機高級語言在編程、執(zhí)行、設(shè)計目標等方面有著本質(zhì)的區(qū)別，已學知識對新知識的掌握具有促進作用，也容易引入理解誤區(qū)； EDA軟件的高級應(yīng)用，如：LPM宏模塊、IP核等，與實踐密切相關(guān)，課堂教學無法讓學生掌握相關(guān)的理論與操作。

2）數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計理論。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計既有區(qū)別又有聯(lián)系，一方面理論是實踐的升華，另一方面理論用于指導實踐，只能在實踐中才能真正掌握理論的精髓。

3）授課方式。授課方式一般采用多媒體教學，多媒體教學對HDL程序代碼以及程序演示效果不佳。

4）實驗。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗需要花費更多的時間來完成前期準備、現(xiàn)場設(shè)計、成果展示以及實驗分析，在課程有限的時間內(nèi)無法完成較復雜實驗。

5）教學效果。學生的實踐能力是教學效果最有力的體現(xiàn)。學生的動手能力不佳，在后續(xù)的相關(guān)實踐類課程中，只有為數(shù)不多的學生選擇數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方向的課題，這說明了學生并沒有很好地掌握課程的內(nèi)容。

1.2 改革內(nèi)容

改革的思路是，以實踐教學為主線，通過實踐促進理論知識的理解[ 3 ]，由課堂延伸到課后，由本課程延伸到相關(guān)課程。

1）改變授課方式。把HDL語言和EDA高級應(yīng)用課程的授課地點放在實驗室，在實驗室多媒體教室完成課堂教學。在授課的同時，安排時間現(xiàn)場操作，有助于學生獲得直觀感受，提高學習效率。

2）調(diào)整課堂教學內(nèi)容與實驗教學內(nèi)容，實驗教學獨立考核。在課堂教學中，壓縮FPGA/CPLD原理的授課學時，增加數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計模型和結(jié)構(gòu)的授課學時，重點培養(yǎng)解決實際問題能力。實驗課全部采用設(shè)計型實驗，獨立成課，按照實驗效果考核學生的實驗成績。

3）豐富實驗器材，改善實驗室管理。數(shù)字系統(tǒng)實踐必不可少的是實驗器材。除了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程，后續(xù)的實踐類課程，如：電子設(shè)計課程設(shè)計、專業(yè)綜合實踐課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等，也可能用到這些實驗器材，因此有必要從多方面籌措實驗設(shè)備，改善實驗室管理。

4）完善相關(guān)課程的銜接。電子設(shè)計、信合專業(yè)綜合實踐、畢業(yè)設(shè)計等后續(xù)實踐類課程，以及電子學科大賽，都與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程相關(guān)，有必要統(tǒng)籌安排。

1.3 項目實施

在具體實施上，主要工作體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）完善教學大綱和課程考核。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程分為兩部分：數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課堂教學和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實驗教學，實驗教學獨立考核。在考核方面，課堂教學強調(diào)知識的靈活運用，側(cè)重于解決實際問題能力的考核；實驗教學采用設(shè)計型實驗，每個實驗由多個子任務(wù)組成，具有不同的深度和難度，根據(jù)實際的實驗效果確定最終成績。

2）采用新的授課方式。變被動學習轉(zhuǎn)化為主動學習，主要包括：把HDL語言和EDA軟件應(yīng)用的授課地點放在實驗室多媒體教室，在授課的過程中，對于驗證性實驗和部分教材實例，在課堂上現(xiàn)場驗證它們的實驗效果；對于復雜案例，采用微課平臺輔助授課，學生可以下載源代碼和視頻資源，有選擇地多次學習。

3）提高實驗器材使用率，完善實驗室管理。保留舊設(shè)備、購買新設(shè)備，多方面籌措實驗設(shè)備，提供不同層次的設(shè)備，以滿足實際需求。在管理上采取開放的實驗室管理模式，實驗室的便攜式實驗設(shè)備可以預約借出。

4）完善相關(guān)實踐教學體系建設(shè)。注重課程體系的建設(shè)，針對后續(xù)的實踐類課程，包括電子設(shè)計課程設(shè)計、綜合實踐課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、學科競賽等，在應(yīng)用課題、人員安排、實驗設(shè)備分配等方面做好銜接。

2 教學效果

本文的教學改革已在電子科學與技術(shù)專業(yè)的“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)”課程實施兩年，學生的學習主動性、學習興趣和實踐能力都得到了提高。從考試情況來看，成績進步明顯，近兩年平均分在80分左右，不及格率降至3%以下。在后續(xù)的實踐類課程中，如：電子設(shè)計課程設(shè)計、信科專業(yè)綜合實踐、畢業(yè)設(shè)計，越來越多的學生選擇數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)課題，表明學生對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程的興趣和掌握都在提高。在學科競賽類活動方面，榮獲全國電子設(shè)計競賽二等獎一項、江蘇省電子設(shè)計大賽一等獎兩項等諸多獎項。

3 結(jié)語

“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”教學改革通過加強實踐改進教學，提高了教學效果，實現(xiàn)了課程的教學目標。加強實踐，有利于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程知識點的掌握，也有利于學生的創(chuàng)新思維和工程實踐、團隊合作等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，將是未來許多工科課程的發(fā)展趨勢。在這個過程中，需要指導老師的大量精力投入，以及學院、學校的資金支持，但是與學生取得成果、教學效果的提高相比，是值得的。

參考文獻：

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