基于新形勢下數字電子技術教學改革探討

李春　蔣玲

：針對當前互聯網與多媒體技術的快速發展，網絡教學已經成為當今學校不可或缺的線下課程輔助模式之一。尤其在近兩年新冠疫情不斷反復的嚴峻形勢下，線上教學模式得到了迅速的推廣。將其與電子設計自動化軟件（EDA）相結合，增強了書本上繁瑣知識點的直觀性，同時有效地提高學生上課的積極性，使得課程設計體系達到了最優。該文將數字電子技術與EDA軟件和教學思政相融合，進行了數字電子技術線上教學模式的探索。

：數字電子技術 ?網絡教學??EDA軟件 ?教學思政

中圖分類號：G642;TN79-4 ?文獻標識碼：A ??文章編號：1672-3791（2022）02（b）-0000-00

?With the rapid development of the Internet and multimedia technology， online teaching has become one of the indispensable offline curriculum support modes in schools today. Especially under the severe situation of coronavirus disease in recent?years， the online teaching mode has been rapidly promoted. Combining with electronic design automation software （EDA）， it enhances the intuitiveness of tedious knowledge points in books. Meanwhile， it will effectively increase students' motivation in class and the best curriculum design system can be obtained. This paper integrates digital electronics with EDA software and curriculum ideological and political education to explore the online teaching mode of digital electronic technology.

?Digital electronic technology; Online teaching; EDA software; Curriculum ideological

近10年以來，隨著互聯網與個人終端設備的快速發展，網絡教學逐漸成為一種新興的教學方式，在專業的現場教學平臺基礎上，依托輔助教學軟件實現了異地、實時、互動性強的新教育教學模式。尤其這場突如其來新冠疫情的介入，席卷了整個世界，更是打亂了人們正常的生活和學習節奏。為了保證廣大國內學生正常學習生活的進行，教育部提出了“停課不停教、不停學”的政策方針。為了積極響應中央的號召，保證師生的人身安全，緩解地方的防疫壓力，各地方院校紛紛出臺了“學生延遲返校、學校線上按時開課、教師遠程教學靈活指導”的相關政策。“慕課”“雨課堂”“騰訊會議”等多種線上教學模式得到了極大的推廣與應用。基于此，筆者在總結線上教學經驗的基礎上，根據當前數字電子技術線上教學的特點與不足進行分析，如教學手段單一、EDA軟件輔助應用以及思政融合等方面做出初步探索與部分看法。

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傳統的數字電子技術教學內容往往是根據書本教材圍繞知識點來展開教學的。但課程電路結構多，知識點較為繁雜，需要在有限的上課時間將眾多的芯片電路工作原理解釋清楚，時間緊、任務量繁重。而這一點問題，在線上教學上得到了凸顯。因此，網絡環境下的線上教學不僅僅是簡單的教學環境或工具的改變，教學模式和方法也需要與時俱進。據研究表明，大學生認為影響線上教學效果的因素主要有以下幾個方面：（1）線上教學課堂的氛圍。與傳統的線下教學相比，線上教學如果單一地采用PPT講授，缺少了師生之間面對面的直接交流，直接導致了學生的上課熱情和參與感下降，課堂整體分為受到影響，學生容易產生倦怠心理，無法集中精神融入教學當中。而老師也無法直觀感受學生的上課狀態，不能精準地控制講課的節奏，致使線上課程的教學質量無法得到保障。（2）部分老師教學方式的單一。在線上教學過程中，某些教師教課方式沿襲著以前的“照本宣科”的傳統，上課內容缺乏創新力和想象性，使學生產生學習疲勞，漏聽重要的知識點，降低課堂的整體效果。（3）學生自身對網課的適應能力。由于在學生群體中，個體的差異性也比較明顯，部分學生對網絡教學這一新興的教學模式適應性高，相應地網絡教學效果較好。而部分自身克制能力比較差的學生，網課效果往往不是很理想。（4）線上教學作業量的多少。部分老師針對線上教學期間作業量的布置有著明顯的差異。每個學生對作業量的接收程度也各自有區別。如果作業量高于學生的接受程度，相應地容易引起學生的厭倦心理，甚至利用網上已有的答案復制粘貼，敷衍地完成作業，達不到真正布置作業的效果。

因此，針對上面凸顯的幾個問題，線上教學模式應該遵循以學生為中心、教師為主體，突出案例的模擬仿真、虛擬現實情景，確保師生之間互動的實時性，確保學生自主學習的能力。可以從以下幾個方面嘗試進行改革：（1）教師在線上教學過程中可以適當地根據具體情況增加或補充一些教學環節。為了提高學生課堂的參與感，可以設計課堂討論區、課堂效果評價區。例如：引入小組討論模式，可以有效地增強師生之間互動交流的機會。在進行具體邏輯電路的講解過程中，教師可以對學生進行分小組進行討論，每個小組成員5人左右。學生根據課堂上講解的內容進行頭腦風暴，與日常生活中的具體應用電路相結合，分析比較他們之間的特點。教師給予點評，并對達成度好的小組成員予以平時分的獎勵。這可以極大地促進學生自身的團結協作意識，同時也極大地激發他們課前預習和課后溫習的動力。小組合作學習，可以打破傳統線上教學中枯燥的教學氛圍，使得學生在集體討論中踴躍發言促進其學習的積極性，使線上課堂更具有趣味性，提升自身的學習效率。增加網絡教學的在線測試模塊，幫助學生及時了解當前的學習情況，教師也能夠根據學生的反饋實時地調整上課進度和授課方法，提高學生的知識掌握效率。（2）線上教學過程中，需要教師需要更為充分合理的課程設計。在進行線上教學之前，教師需要提前做好備課準備，合理規劃講、輔導、答疑和學生討論的內容和相關環節，避免“流水賬”式的講課形式。蘇霍姆林斯基曾經說過：“教師的語言修養在極大程度上決定了學生在課堂上的腦力勞動的效率”。而這，則直接地影響到教師教學的效率高低和質量的優劣。成功的、有感染力的語言表達和渲染，可以提高教師教學的高效性。數字電子技術作為一門抽象性和邏輯性均比較高的科目，教師上課過程中需要做到語言簡明準確、風趣幽默，同時能夠結合當今的電子技術發展背景旁征博引。需要教師對數字電子技術課程的專業術語以及相關的概念公式的表達能夠清晰明了、通俗易懂，避免上課過于啰嗦，使學生感覺煩躁。網絡教學過程中，教師能夠圖文并茂，避免在講解過程中全片幅的文字和公式出現，充分利用網上現有的材料。需要教師有效地整合教學資源，嘗試多元化的教課手段和教學風格，采用整體和單獨輔導的有機結合模式，定期地針對重點和難點以及學生反饋的問題進行在線答疑，提高教學效果。課后，可以利用在線問卷調查的方式，了解學生整體的學習進展，并方便接下來的持續改進。（3）合理利用班委的監督模式，加強學生的自我管理。線上教學和傳統的課堂教學不同，缺少了教師的直接監督，個別學生會出現掛機聽課的現象。這個過程中，可以利用班委加強學生的自我監督，完善簽到和點名系統。與此同時，幫助學生制訂學習計劃表，促進其線上、線下的合理對接。線上教學作為目前高等教育的補充模式，需要有針對性地改革和創新，才能使其揚長避短，充分發揮自身的優勢，成為新型教學模式中不可或缺的一部分。利用網絡教學平臺，教師同時可以將對應的教學資料上傳到共享平臺上，或直接為學生提供相關的科學技術網站，如電子發燒友網、中國電子電工網等。學生可以根據需求，有選擇地進行下載。

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數字電子技術主要是以邏輯門電路器件為核心部件的電子技術，其發展趨勢離不開理論和實踐的結合。教學過程中，如果只是單一的知識點的講解，不僅枯燥和乏味，學生往往抱著應付考試的目的去死記硬背，只知其表而不懂其里，更難以勾起他們的上課熱情。傳統的實踐教學中往往采用數字電子實驗箱作為實驗設備，學生根據指導書的內容，對信號源、芯片管腳、示波器、電源和地線通過連線完成操作任務。然而實驗過程中，學生經常會在芯片的排布與走線，器件和設備的好壞上花費大量的精力，有限的時間內無法做到真正靜下心來去分析和檢查電路。學生雖然學會了一些簡單的操作技巧，卻無法掌握電路故障的排查和糾錯能力，而課余時間離開實驗室，學生就無法繼續實驗，缺乏對學生分析問題能力、解決問題能力以及創新能力的培養。

同傳統課堂教學相比，線上教學在這方面，卻有著得天獨厚的優勢。EDA（Electronic?Design?Automation）是近些年來發展起來的現代電子技術：以計算機為工作平臺、融合應用電子技術、信息處理、計算機技術以及智能化為一體的計算機輔助設計軟件工具。隨著大規模集成電路的快速發展， EDA技術也越來越多地引入到數電課堂教學的應用當中。線上教學與線上實時仿真相結合，促進了理論知識的靈活變現，同時也提高了學生動手設計電路和分析電路問題的能力。數電的理論知識體系中從基本的邏輯門應用到卡諾圖的化簡，這些理論過程培養了學生數字邏輯思維的方式，但工作應用中時效率很低，不適合解決稍大型電子系統的建立和設計流程。而使用EDA軟件更有利于學生理解和建立新的組合電路，具有高效、設計靈活、直觀和便于驗證等優點。目前常見的幾種EDA教學輔助工具主要有Multisim、Protues、Protel等構建數字電子技術實驗平臺。線上教學中，虛擬仿真的流程可以分為4個部分：（1）老師層面項目信息的發布;（2）學生基礎與理論知識點的學習;（3）團隊或小組形式搭建具體電路的仿真模塊;（4）實驗結果的仿真運行與結果分析。學生可以通過模擬平臺或獨自的仿真軟件選擇合適的EDA軟件工具，根據發布的實驗要求搭建電路，過程中遇到問題可以團隊形式解決，將實驗操作過程中的數據信息以及相關的仿真參數、程序代碼以及電路圖紙以電子檔的形式輸出到數據庫進行匯總，方便老師隨時檢查和校對。在信息化廣泛普及的如今，將EDA軟件與線上教學相結合，可以將抽象內容形象化、具體化。學生可以直觀從仿真設計結果上得到印證，與理論知識相結合，進一步提高他們學習的積極性和主動性。同時也方便老師布置線上作業，通過仿真結果實時追蹤學生掌握的動態。在數字電子技術線上教學過程中，增設EDA技術的教學環節，不僅豐富了教學手段，同時可以提高學生的學習興趣，達到預期的教學效果。使用EDA軟件（Protues）對數字時鐘進行仿真，軟件中豐富的數據庫元件，可以方便調用快速建圖，而學生可以直觀地得到最終電路設計的結果。

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當今社會處于東西方思潮與價值觀多元并存的新形勢，如何正確地樹立青少年正確的人生觀、價值觀以及民族榮譽感是院校老師的本職所在。習近平總書記指出，做好高校思想政治工作，要用好課堂教學這個主渠道，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，這為校園文化建設樹立了目標和方向。習近平總書記多次強調青年學生對國家對民族具有舉足輕重的作用，當代大學生更是國家建設的主力軍。如何培養一個真正對社會有用的人以及為誰培養人作為一個根本問題，這需要我們教師堅持把立德樹人作為核心，把思政工作貫穿在教育教學環節。教師的責任是教書育人，而“教書”和“育人”既相互區別又有機結合。這不僅需要以學科知識層面作為教書根基，同時要結合當今社會發展的專業背景和具體的行業案例作為育人保障。

工科作為我國高校學生占比最大的學科類別，為多項關系國家戰略、復雜民生系統工程輸送了大量的人才和生產力。然而，目前國內部分關鍵領域仍然和世界先進水平具有一定的差距，國家一系列的政策和戰略實施都對工程人才的培養提出了要求。如何繼續加強思政建設、完善工科教育體系和高質量推進新工科建設是我國目前人才培養的關鍵。對工科實踐類課程不能簡單地采用思想政治課上講哲學、講歷史的方式，否則會削弱思政教育的效果甚至容易引起學生的錯誤理解。工科教育中的思政建設，需要在實踐中引導學生去主動思考，理論結合實際，實現政治性與學理性、價值性和知識性的有機結合。在工科領域，數字電子技術作為計算機、電子信息、物聯網等相關專業多學科的專業基礎必修課程，具有完整性、實踐性和應用性強等顯著特性，該門課的學習將為后續課程的鋪墊打下堅實基礎，因此在課程體系中占據重要位置。《數字電子技術》課程有著眾多的專業背景和日新月異的行業案例，這些大多關乎國計民生和國家安全大計。作為涉及領域最為廣泛的理論實踐課程，數電課程離不開現代電子技術的與時俱進，同時結合EDA專業軟件仿真的輔助，其課程與實踐內容已經成為電子信息工程專業教育的重要環節。理論結合實際，培養學生的民族自豪感和社會責任感，激發他們課程學習的深層次動力，也為他們將來的職業發展提供導向。在線上教學進行的同時，可以充分利用網絡的信息資源，引領學生關注當今的時事熱點。例如：課程的進程中便涉及數字技術的發展及其應用領域，在講述過程中結合IC技術的發展、電子管時代以及晶體管時代的技術革新，為學生引出當今世界最尖端的高精密的半導體集成電路。進而擴展到我國與國際上技術的優勢和不足，以當今的時事，如被國外“掐脖子”的光刻機技術與美國對華為的芯片技術封鎖，激發學生的民族榮譽感和社會責任感，進而引發學生深入學習該門課程的興趣和動力。通過電子設備的使用與創新、電子系統的搭建與研究，引導學生細致嚴謹、兢兢業業扎實奮斗的實干精神和創新精神，培養學生精益求精的工匠精神。

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新形勢下，數字電子技術的線上課程要勇于突破常規，不僅在教學形式上要避免照本宣科式的填鴨式教育方式，要勇于創新和探索。教學手段也要多元化且與時俱進，引入現代EDA教學模式成為一種必然的趨勢。應當充分利用當下的時機去迎接和適應新工具，一切以學生為中心并且以教師為主導，使數字電子技術課程的教學更適應現代數字電子系統的設計過程和方法，激發學生的學習興趣和創新的動力源，促進他們與社會實踐和需求接軌。在課程中融入思想政治內容，將思想教育同課程教學有機結合，培養出真正為社會有用和愿意為祖國奉獻的人。以上想法和思路還需要在實踐過程中進一步地完善和修改，同時需要與時俱進。通過課程改革，我們感到對于數字電子技術的教學需要緊跟當今電子技術的快速發展，它不僅要培養學生的基本知識技能，更應該滿足社會對人才的實際需求。這些不可避免地給當今教師帶來了新的元素和新的挑戰，在保證教學內容完整性的基礎上，同時增強學生的動手實踐能力和學習興趣，這是作為一名教師應當學會思考的問題。用一句話總結，即“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。

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基金項目：國家青年科學基金項目（項目編號：62001235）。

通信作者：李春（1989—），男，博士，講師，研究方向為太赫茲光譜與無損檢測、超導超材料，E-mail：chunli0205@njfu.edu.cn。