數字電子電路課程群教學的改革與探索

◇武漢輕工大學 謝 妍 周 勁 康勝武 李素芬

依據工程教育認證要求，對電氣工程及其自動化專業培養計劃中的數字電子電路課程群的教學進行了改革與探索。數字電子電路作為本專業的一個重要的課程體系，其對于本專業學生畢業能力的達成有著重要的貢獻。為此，本文從教學內容的整合、知識的銜接及終身學習能力的培養等多方面，對數字電子電路課程群開展了相關的改革和探索。這是一個不斷優化持續改進的過程，今后，我們將繼續開展改革與實踐，最終實現專業教育質量的不斷提升。

1 引言

隨著我國加入《華盛頓協議》，具有國際實質等效的工程教育專業認證工作就在全國高校各個專業火熱開展起來。工程教育專業認證的核心思想，就是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準，是以培養目標和畢業出口要求為導向的一種合格性評價。因此，工程教育專業認證要求專業課程體系設置必須圍繞學生畢業能力達成的核心任務展開，并建立有持續反饋改進的機制，從而保證專業教育的質量[1-2]。

從電氣工程及其自動化專業的相關培養要求來看，數字電子電路課程群涉及的課程體系主要包括有：數字電路、電子測試與實驗、電子實習、電子課程設計、專業實習、EDA技術、專業課程設計、畢業設計等。這些課程，不僅包含有本專業的工程基礎知識，也包括有知識的應用與實踐環節、理論的提升與應用環節，因此，數字電子電路課程群對學生畢業能力的達成有著重要的貢獻[3-5]。

在工程教育專業認證的大背景下，本文將認證的基本理念應用于數字電子電路課程群的教學改革，努力提高教學質量，最終以達成培養學生能力的目標。

2 以能力培養和成果導向為目標的課程群體系的設置

根據工程教育專業認證的要求，讓同學們具備本專業相應的畢業能力是我們的培養目標。為此，在專業課程的設置上，我們不僅要讓同學們掌握相應的一些理論知識，還要注重培養同學們的終身學習和靈活應用的能力，從而才能具備有與“解決電氣工程領域復雜工程問題”相匹配的能力。能力的培養是循序漸進的過程，而成果導向則是目標明確、內容明確、可測可量的。在以成果導向為目標的課程教學過程中，逐步實現同學們能力的養成。

數字電子電路課程群以數字電子電路為對象，由淺入深，從工程基礎理論知識的學習到對復雜工程問題的解決，讓同學們能通過相關課程的學習獲得相應的能力。為此，我們的專業培養方案中，設置了相關的理論知識課程和實驗實踐環節。同學們用理論知識去解決實際問題，并通過實踐不斷鞏固和加深對理論知識的理解和深化，從而實現我們的以學習成果為導向的目的，并在此過程中培養學生的某些能力。

（1）理論課程設置。數字課程群的理論課程設置，主要包括數字電路、EDA技術這兩門課程。其中，數字電路課程，主要讓同學們掌握數字電子電路的一些基本理論和基礎知識，從而具備對中小規模的數字電子電路進行分析和設計的能力。主要知識內容包括：掌握常用集成器件原理、符號、功能；掌握組合電路和時序電路的分析及設計方法，能實現對中規模集成電路為主組成的數字系統的分析和設計；掌握脈沖電路、模數-數模轉換電路、存儲器及可編程邏輯器件的原理及常用電路的設計；掌握基本的數字系統的設計方法；初步學習集成電路硬件描述語言Verilog HDL等。

EDA技術這門課程是在數字電路課程知識的基礎上，以大規模可編程器件的開發軟件為設計平臺，以計算機和可編程邏輯器件等數字電子電路為硬件載體，用HDL（Hardware Description Language，硬件描述語言）對系統邏輯關系進行表達，在軟件平臺上完成電路的邏輯編譯、邏輯仿真等，再通過對特定目標的編譯、邏輯綜合及優化、布局布線、邏輯映射、編程下載等，從而完成復雜數字電子電路的軟件設計到硬件實現的過程。課程的主要教學內容包括：開發工具的學習使用；硬件描述語言的學習和應用；復雜數字電路的設計方法及其應用。由于該課程內容既涉及到軟件，也涉及到硬件，因此知識的綜合面較廣，工程實踐性也較強。通過對課程的學習，能讓同學們較全面的掌握數字電子電路的工程理論知識和工程研究開發的思維及設計應用。結合前期的數字電路課程，EDA技術通過針對性的專業知識的理論學習和應用開發實例的設計，循序漸進，讓同學們能夠掌握數字電子電路的EDA設計方法，具備EDA技術的設計能力，這對同學們的工程能力的培養是非常重要的。

（2）實踐性環節設置。作為工程類的專業，理論知識最終必然會轉化為工程實踐內容。因此，為滿足對理論知識的掌握、鞏固和靈活運用的要求，實驗實踐性環節就成為我們在學生能力培養過程中非常重要的且不可或缺的環節。

對基礎理論知識的學習，通過驗證性的實驗環節來鞏固，如電子測試與實驗、EDA技術課程實驗。而對于知識的深化理解和靈活運用，則開設了電子課程設計、專業課程設計等環節，基于恰當的開發工具實現對數字電子電路的仿真、測試、分析和研究，實現對知識的深入理解和工程應用。結合數字電子電路應用的具有軟件硬件相結合的特性，我們也開設了電子實習、專業實習和畢業實習環節等實踐動手環節，配合理論的深化學習過程，將工程項目對象中的硬件與軟件開發結合起來，讓同學們完成對數字電子電路從知識理論到工程應用、從軟件到硬件的由淺入深的學習過程，從而最終達到使同學們能具備解決復雜數字電子電路相關工程技術問題的能力的目的。

3 改革與實踐

（1）知識體系內容的整合與相互銜接。作為組成數字電子電路課程群的每門課程各自的教學內容而言，其知識內容存在著一定的重疊性和相關性。如何合理地配置課程群中各門課程的知識內容和相應的課時，是我們每次進行培養計劃修訂的一個重要內容。其中，數字電路和EDA技術課程，從基礎的數字邏輯基本理論，到小規模、中規模數字電子電路的分析與設計，再到復雜數字電子電路的可編程設計，重點完成數字電子電路相關理論知識的講授。結合理論的講解內容，配套的課程設計環節主要培養學生對所學的理論知識的工程應用思維，基于實際的設計對象，在開發軟件平臺上完成從中小規模到復雜數字電子電路的開發設計、仿真測試與調試。最后，在實習環節，完成整個數字電子電路學習的軟硬件配合到完整的工程實現。整個知識體系的構建，知識內容的整合與銜接，都是以有效培養同學們對復雜數字電子電路的工程問題的解決能力為目標的。

（2）終身學習能力的培養。以工程教育專業認證的教學要求而言，終身學習能力的培養，是評價我們課程教學質量優劣的一個重要方面。如何在數字電子電路課程群的教學中，培養同學們終身學習的能力，也就是掌握對數字電子電路自主學習的能力，這是一個需要我們不斷探索和改進的課題。“授人以魚不如授人以漁”，以學生為中心展開教學，并建立有效的“評價-反饋-改進”的循環機制，持續地進行教學方式方法的改進，從而實現我們的課程目標與學生獲得的能力相一致的目的。

為此，我們對數字電子電路課程群相關課程的教學方式方法也進行了不間斷的調整和改進。包括：①引入新的教學手段教學平臺，比如超星“三平一端”網絡平臺、微助教等，提供良好的線上溝通環境，從而對我們的線下教學過程進行補充和完善；②改進成績評價機制，強化過程考核，加強學習過程和學習中間目標完成情況的監督和反饋。③教學中，更注重培養學生的自主式學習、啟發式學習、貫穿式學習的理念，如向同學們推送更多地豐富的課外資源、引入更多地創新性設計課題、結合模擬電子技術、DSP技術等其他課程開展對復雜電子工程系統的分析與設計等等，將封閉的課堂逐漸開放，不僅注重教給同學們知識，更注重教給他們能力。

4 結語

以培養符合本專業畢業能力的工程專業人才為目標，我們不斷的進行數字電子電路課程群的改革，從開始開展工程教育專業認證準備開始，課程群的修訂過程已經進行了三輪。在引入“評價-反饋-改進”的理念基礎上，我們從教學內容的整合、知識的銜接及終身學習能力的培養等多方面開展了實踐。將數字電子電路課程群的教學，以一個整體的知識體系為規模進行，利用現代的教育教學手段，優化學習內容和課時設置，在單向的教學過程中注入反饋，從而將整個教學過程形成一個閉環，將單純的知識傳遞上升為對學生專業學習能力的培養，用提升教學效果來實現我們教學質量的提高。學校發布的最新數據表明，2020年我們專業的就業率依然高達近90%。

隨著科學技術的進步，知識是不斷更新的，只有具備了終身學習的能力，才能讓同學們在未來的學習深造和社會工作中，能坦然面對各種復雜工程問題的挑戰，不斷地提升自身的社會價值。