數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

應(yīng)俊+黃沛昱+羅一靜??

摘要：本文介紹了重慶郵電大學(xué)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程組對數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和實(shí)踐思路，通過梳理課程內(nèi)容，增加基本技能訓(xùn)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(xué)資源建設(shè)，教學(xué)模式改革以及考核方式改革等。

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

重慶郵電大學(xué)是以信息技術(shù)為特色和優(yōu)勢的以工科為主的高等學(xué)校，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步學(xué)習(xí)，在學(xué)生工程實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)、經(jīng)典知識點(diǎn)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(xué)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(xué)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(xué)生很難設(shè)計實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)急需引入現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，使教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練能夠有效地向后續(xù)課程延續(xù)。

二、 教學(xué)內(nèi)容改革

針對以上問題，課程組以學(xué)生工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，對數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行了梳理，歸納基本技能訓(xùn)練內(nèi)容，引進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺的使用等，這些內(nèi)容簡單但是非常重要，是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，需要學(xué)生反復(fù)實(shí)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(xué)生自學(xué)練習(xí)掌握，配套相應(yīng)的考核，充分調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，切實(shí)夯實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，優(yōu)化課上實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，有效解決課上學(xué)時有限卻需要增加實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以小系統(tǒng)小項(xiàng)目的形式組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，強(qiáng)化訓(xùn)練低年級學(xué)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(xiàng)目為引導(dǎo)，幫助學(xué)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(xué)改革

1. 豐富教學(xué)視頻資源，自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，有效保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展。由課程組教師親自演示和講解，錄制數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(xué)生可以利用碎片化時間進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，然后到開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)。豐富的視頻教學(xué)資源可以幫助學(xué)生快速、有效地掌握各項(xiàng)基本技能。

課程組開發(fā)制作了一些與教學(xué)配套的硬件平臺，包括簡易數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺和FPGA實(shí)驗(yàn)平臺。簡易數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺用于支撐傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，與市面上大部分?jǐn)?shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱相比，簡易數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺裁減掉可以由標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(xué)生人手一塊。FPGA實(shí)驗(yàn)平臺用于支撐基于FPGA的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2. 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，采用視頻教學(xué)+集中授課+開放實(shí)驗(yàn)+仿真實(shí)驗(yàn)的多樣性教學(xué)模式，互補(bǔ)優(yōu)勢，提高實(shí)踐教學(xué)效果。在基本技能訓(xùn)練階段，要求學(xué)生自學(xué)，學(xué)習(xí)內(nèi)容簡單，需要反復(fù)練習(xí)才能熟練掌握，所以采用視頻教學(xué)+開放實(shí)驗(yàn)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(xué)生課前仿真完成預(yù)設(shè)計，課上完成硬件實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，課后完善和補(bǔ)充系統(tǒng)功能，所以配套仿真實(shí)驗(yàn)+集中授課+開放實(shí)驗(yàn)的模式。

3. 改革考核方式，制定評分標(biāo)準(zhǔn)，注重過程化管理，合理評價學(xué)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(shí)驗(yàn)基本技能，采用技能考核的方式，學(xué)生抽取試題，按要求完成任務(wù)，教師根據(jù)學(xué)生完成情況現(xiàn)場測評，考核不合格者不允許進(jìn)入下一階段學(xué)習(xí)。（2）基于傳統(tǒng)技術(shù)的小系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，采用實(shí)驗(yàn)考試的方法進(jìn)行考核，考題覆蓋所有已授內(nèi)容且有難易度區(qū)分，學(xué)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(xiàng)指標(biāo)并按評分標(biāo)準(zhǔn)評定成績。（3）基于FPGA的數(shù)字綜合系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，采用系統(tǒng)綜合測評的方式進(jìn)行考核，綜合測評包括系統(tǒng)基本功能、擴(kuò)展功能、學(xué)生答辯、實(shí)驗(yàn)報告等。

四、 結(jié)束語

課程組分析了本校數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，從改革教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和過程化考核方式等改革。實(shí)踐結(jié)果表明，基本技能的訓(xùn)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(shí)了學(xué)生的基礎(chǔ)，鍛煉了學(xué)生的動手實(shí)踐能力。

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作者簡介：

應(yīng)俊，黃沛昱，羅一靜，重慶市，重慶郵電大學(xué)。endprint