工程教育專業認證背景下數字電子技術課程改革探索與實踐—以倒計時交通燈項目設計為例

劉小虎，邢靜

（西安培華學院智能科學與信息工程學院，陜西西安，710125）

0 引言

中國于2016年正式加入《華盛頓協議》成為正式會員，這意味著通過工程教育認證專業的畢業生可以得到協議會員國之間的學位互認。工程教育專業認證，首先強調以學生為中心，將學生和用人單位滿意度作為評價參考依據，另外，以學生的學習成果為導向來進行專業教學設計，然后還要通過有效的質量監控和持續跟蹤改進效果來提升人才培養質量[1]。

在此背景下，對數字電子技術這一門電子信息類專業開設的專業核心基礎課的教學工作提出了更高的要求。同時，數字電路和數字系統的設計方法及設計手段也在不斷演化和發展。這都迫使我們需要不斷在教學內容、教學方法和教學手段上進行改革。

1 教學改革理念和改革措施

按照工程教育專業認證的基本理念，突出以學生為中心，教師為主導的教學模式，設計以完成真實項目任務為目標的教學過程，通過引出若干個生動真實的項目案例來吸引學生，引導學生想完成這些項目任務，需要掌握哪些知識點[2]。使教學過程變成一個生動的從感性認識到理性教學、到再感性、再回歸理性教學的理論實踐緊密結合的教學過程[3]。感性教學的實施先于理論教學，在開始理論教學之前，請學生到實驗室來認識常用的電子元器件、數字集成芯片等，了解常用電子儀器的使用，并通過感性教學錄像和實驗演示等多種形式，使學生了解數字電子技術在日常生活中的主要應用，激發學生的學習興趣；理論教學階段的重點是讓學生掌握基本理論知識和基本技能，同時加強對學生能力的培養；綜合提高階段的教學形式為實驗教學和課程設計，即學生進行實戰演練，教學重點是學生已經掌握了基本理論知識和基本技能，此時主要加強對學生動手能力的培養[4]。教學過程設計及教學單元設計見圖1和圖2。

圖1 理論實踐相結合的教學過程設計

圖2 教學單元設計

2 以倒計時交通燈設計為例的教學過程設計和教學單元展示

■2.1 任務引入

首先任課教師會展示倒計時交通燈的實物，并簡單介紹交通燈在生活中的重要性，并引導學生如何利用數字電子技術知識來設計一個純數字電路的倒計時交通燈，激發學生興趣，調動學生的積極性。見圖3。

圖3 倒計時交通燈實物展示

然后演示一個優秀學長在老師的指導下，自己認真鉆研，并對倒計時交通燈進行技術改進，設計的一個新的倒計時交通燈作品，見圖4。通過演示，讓學生有了更深的感性認識，進一步激發學生的挑戰欲，為后續的學習奠定基礎。

圖4 電路設計PCB三維效果圖

最后給出本項目任務具體的設計要求：采用數字電路實現了20秒倒計時功能，并且在紅綠燈變換3秒前有黃燈閃爍功能，能夠提醒車輛和行人注意，起到警示作用。

■2.2 理論知識講解

（1）教師引導學生分析設計任務，分解若干個子任務模塊。見圖5。

圖5 倒計時交通燈組成方框圖

（2）根據設計要求，由老師來引導學生進一步分解任務。見表1。

表1 解后的子任務模塊及需要掌握的知識點和技能點

（3）讓同學們充分利用豐富的校內及校外網絡資源和精品課程等來進行人物設計所需知識點和技能點得學習[5]，見圖6。

圖6 校內及校外網絡學習資源

■2.3 動手實操

（1）在理論學習的基礎上進行電路設計的仿真分子和驗證，見圖7。

圖7 電路設計仿真

（2）在開放實驗室進行實際電路的焊接操作和測試，見圖8。

圖8 驗室實物焊接測試

■2.4 知識深化

在實操過程中必然會遇到各種各樣的問題，教師引導學生歸納這些問題，結合所學知識點，并加以分析，然后提出問題的解決辦法，并進行知識和能力的延伸和擴展。

■2.5 任務完成后總結點評

根據項目任務的完成情況進行考核打分，讓學生在此過程中梳理思路，鞏固知識，查漏補缺。同時還鍛煉的學生的語言表達能力和邏輯思維能力，見表2。

表2 項目考核表

小組匯報和展示 匯報條理清晰，作品實現設計功能 20%設計報告 規范撰寫設計報告 20%總分 100

■2.6 任務拓展

給學習進度及學習能力較強的學生留出拓展空間，進一步提高學生們的學習能力：如何實現智能交通燈的設計？根據車流、人流情況調整紅綠燈的切換時間。

3 教學效果

在學校的大力支持下，經過近幾年的教學改革，學生們的學習興趣明顯增強，學習熱情大漲，麥可思第三方評價也顯示，學生們對課程滿意度提高。同時，同學們參加全國大學生電子設計競賽的積極性大大提高，參賽隊伍和獲獎隊伍也是連續增長，教學效果良好，見圖9。

圖9 近三年參加全國大學生電子設計競賽獲獎情況統計（陜西省賽區）

4 總結

在工程教育認證背景下，積極推動數字電子技術這門傳統課程的教學改革，以學生為中心，以學習成果為導向，并持續改進，提高課程的教學質量和教學效果。經過教學實踐證明，數字電子技術這門課程教學改革效果良好，并同時實現了：（1）理實一體化教學實一體教學：通過任務陳述、知識點講解、教師示范、指導練習和點評。（2）項目驅動教學：通過項目對涉及的知識點進行鞏固和應用，通過動手實踐加強分析問題和解決問題的能力。（3）以賽促學：鼓勵同學們參加校內外專業相關的各種比賽，通過大賽來鞏固和檢驗所學知識，在大賽中鍛煉，同時也能激發同學們的創新精神。