“數字電子技術”課程教學改革與創新

王冠鈺 朱恒軍 石翠萍

（齊齊哈爾大學通信與電子工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

“數字電子技術”課程是為電子信息類、電氣工程和自動化等工科電類專業學生開設的第一批專業技術基礎課程[1]。 作為一門在電子技術方面入門性質的技術基礎課，具有完整的理論體系，包含數字邏輯基礎知識、組合邏輯電路、時序邏輯電路和模數混合電路等重要組成部分，通過對該課程的學習，能夠使學生在掌握數字電子技術基礎知識的基礎上，利用標準集成電路分析和設計數字電路，并能夠初步解決工程問題，為后續“單片機原理與應用”“數字通信原理”等課程的學習打下良好基礎[2]。 因此，提高“數字電子技術”課程的教學效果不僅有利于培養學生掌握理論知識和創新能力，而且會對學生的后續課程學習產生積極影響，以至于對提高整個專業的教學水平有著非常重要的影響。

1 課程現狀

在教學模式上，大多采用傳統的“老師教，學生學”的模式，教師是課堂的主體，決定著教學內容和教學進度，在教學過程中師生互動較少，不利于激發學生的學習熱情。 學生則是被動接受者，習慣了跟隨老師學習，對自身未來沒有明確規劃，在課程學習過程中沒有明確目標，不會有意識地培養自己的專業技術能力和創新能力[3]。

在理論教學上，“數字電子技術”課程中包含知識點數目較多，內容抽象，個別知識點之間聯系不夠緊密，學生學習過后很難形成完整的知識體系，難以分析和解決復雜問題， 而且隨著電子技術的飛速發展，新技術、新器件的不斷涌現，極大豐富了“數字電子技術”課程內容，如超大規模可編程邏輯器件的廣泛使用， 通過硬件描述語言進行電路系統的設計等內容，都需要以合適的方式介紹給學生，無疑對本就緊張的學時安排提出了更高要求。

在實驗教學上， 實驗項目多以驗證性實驗為主，內容老舊或過于簡單。在實驗過程中，很多學生缺乏主動思考的意識，在搭接電路時完全模仿老師，缺乏主動思考，在這種學習模式下，許多學生沒有真正掌握電路的工作原理，即使得到正確的實驗現象也不懂得其中的道理，當電路發生故障時，則完全束手無策[4]。 顯然這種模式不利于學生深化所學知識，對學生工程實踐和創新能力的培養作用較弱。 所以，數字電子技術課程教學改革勢在必行。

2 改革方案

“數字電子技術”課程改革分別從更新教學理念、理論課程改革、實驗課程改革和創新考核方式四部分進行，所有改革措施都是以促進學生對理論知識的掌握，提高學生分析解決問題和創新能力為出發點。 改革過程中注重激發學生學習的積極性和主動性，使學生主動參與到課程學習中來， 達到提高教學效果的目的。

2.1 更新教學觀念

對于教師，要以學生為中心開展教學工作，不僅重視知識點的講解，更加注重學生真正能接受的知識和實踐能力的提高，通過調動學生的學習興趣，培養學生發現問題、 獨立思考和解決問題的能力來實現[5]。在教學過程中鼓勵學生提出自己的看法，保護學生的求知欲，使更多的學生主動提出問題并主動尋找解決問題的辦法。

在教學工作中融入思政元素，學生們正處于世界觀、人生觀、價值觀的形成階段，作為一門專業基礎課在傳授專業知識和實踐技能的同時，有責任對學生的思想觀念進行引導，培養學生的愛國熱情、嚴謹認真敢于探索的科學精神和團隊協作能力，提高學生的思想政治素質。

（1）激發學生愛國熱情，培養學生樹立遠大理想信念。 例如，在課程講解過程中，結合具體知識點介紹我國近年來在電子技術領域的取得的巨大成績，如載人航天、北斗導航和5G 通信等成果，增強學生的自豪感，鼓勵學生積極投身國家建設，激發科技報國的愛國熱情。 再例如利用電子電路仿真軟件進行實驗時，提醒同學這類軟件中的一部分由國外研發制作，我國在這方面的技術能力還存在一定差距，很容易受制于人，借此鼓勵學生樹立遠大的理想信念，明確學習目標和職業規劃，珍惜現在的學習機會，努力學好專業知識，為日后在工作中提升我國的科學技術水平貢獻出自己的一份力量。

（2）培養學生嚴謹認真敢于探索的科學態度，在理論教學過程中增加科學家在研發過程中的優秀事跡，重點介紹他們主動發現問題，敢于探索的工作作風，百折不撓的意志品質，以此對學生的學習方法進行啟發，鼓勵學生發現問題、主動解決問題。在實驗教學過程中教育學生規范使用實驗儀器， 主動想辦法提高測量精度，實驗結束后，實事求是撰寫實驗報告，準確填寫表格和繪制結果曲線，分析產生誤差的原因，堅決禁止編造和抄襲實驗數據，養成嚴謹誠實的學習風氣。

（3）培養學生團隊協作能力，如在進行綜合型實驗時，由學生分組完成，在這一過程中，學生需要進行討論，共同確定電路設計方案，然后將實驗分成電路設計、電路仿真、電路連接和電路測試等部分工作，由每個同學完成自己擅長的部分，最后相互配合完成實驗，在實驗進行過程中每組同學在相互尊重和不斷磨合中實現電子系統，小組與小組之間的同學也會互相幫助，取長補短。 在這樣的實驗過程中，不但訓練學生的實踐和創新能力，還有助于提高學生的團隊意識和協作意識，為日后走向社會在工作中與同事良好相處做準備。

2.2 理論課程教學改革方法

（1）結合電子技術發展前沿，合理取舍教學內容，調整教學要求，如邏輯函數的公式法化簡，由于針對復雜的數字系統設計可以采用計算機完成，因此過于復雜的邏輯函數不會再利用手工化簡，所以這部分內容的要求應該降低。 再如EDA 技術、大規模集成電路以及可編程邏輯器件的高速發展對數字電路的分析和設計也產生了較大的影響，因此這部分內容應該添加到理論教學內容中[6]。 在各部分內容的講授中都應注意引入新器件、新技術，讓學生了解數字電子技術的發展趨勢，提高學生的學習興趣。

（2）把握教學重點與難點，在講授典型數字集成器件時，強調應用性，加大對基本原理和使用方法的講解，引導學生根據功能表總結出集成器件的輸入輸出關系，進而掌握其使用方法，并能夠舉一反三，為日后遇到其他的中、大規模器件時能夠正確使用打下良好基礎。 與此同時，弱化集成器件的內部電路結構和工作過程的講解，這些內容實際應用少，且結構過于復雜，學生理解困難，容易失去學習興趣，不利于學生在有限時間內接受更重要、更實用的知識。

（3）改革教學方法，發揮教師的引導作用，要變灌輸為啟發，引導學生積極思考，激發學生的學習積極性和主動性。 在每章內容開篇時，引入工程應用案例，從工程角度分析需要解決的問題， 激發學生的興趣，同時把握住本章內容重點解決的問題，也可以自覺做到理論知識與工程實際相結合。 在學習具體知識點時，將典型例題講好講透，適當增加部分習題的練習，做到講練結合， 使學生熟練掌握具體知識的使用方法， 最終能夠在理解理論知識的同時解決實際問題。在每章內容結束時，結合重要知識點的原理、適用范圍和注意事項組織學生進行討論，使學生主動思考的同時，教師又可以及時了解學生的學習效果，實現教與學的互動[7]。

2.3 實驗課教學改革

“數字電子技術”課程應用性很強，課程學習過程中必須注重理論和實踐相結合，通過學生親自動手提高實驗操作能力，通過實驗測量和故障排除培養學生發現、分析和解決問題的能力，同時使學生加深對理論知識的理解。

（1）實驗內容設置循序漸進，設置驗證型實驗、設計型到綜合性實驗。 正確發揮不同類型實驗的作用，對于驗證型實驗內容，主要目的是使學生掌握數字集成芯片的識別、安裝和基本測試方法，同時加深對集成芯片使用方法的理解[8]。 對于設計型實驗內容，通過給出設計要求和常用的集成芯片， 由學生自己設計，連接電路并完成測試，如由集成譯碼器74LS138 芯片和與非門74LS20 芯片實現組合邏輯函數， 主要目的是使學生運用理論知識設計簡單的數字電路，主動思考如何將理論知識和實驗操作相結合，深化對理論知識的理解[9]。 對于綜合性實驗，主要訓練學生對更加復雜功能電路的設計和實現能力，使學生從電路系統整體功能角度分析和設計電路，綜合運用所學電子電路知識和提高創新能力[10]。

（2）實驗教學的過程中注重引導和啟發，培養學生主動思考和解決問題的能力。 在課前，將電子儀器的使用方法、芯片資料和實驗操作視頻等內容上傳到課程網站，供學生自學，培養學生的自主學習能力。 在課堂上教師對實驗原理要注重講解，對具體操作則注重引導，如針對實驗測量數據，引導學生利用理論知識分析其合理性， 以此判斷實驗操作過程是否規范，尋找存在的問題并加以解決。 再如學生在實驗過程中沒有得到預期的結果，教師應該引導學生運用理論知識分析錯誤現象產生的原因， 結合具體電路結構，逐級定位出現故障的位置，并加以排除。 在這一過程中，既加深學生對電路的理解和對理論知識的應用，又引導學生主動思考和主動解決問題。

2.4 創新課程考核方式

“數字電子技術” 課程考核方式對學生端正的學習態度和養成良好的學習方法也起到引導性作用，因此創新“數字電子技術”課程考核方式，科學評價學生的學習效果顯得至關重要。 針對理論課程考核方式的改革中，在期末考試成績的基礎上，結合課堂平時作業，單元測試和期中考試等環節的成績，按比例計算課程最終成績。 通過豐富考試成績的組成部分，加大對學生的考核角度，激發學生全程參與課程學習的積極性，提高對平時學習的重視程度，避免學生“期末突擊”現象的出現。 對于實驗課程考核方式的改革，在實驗報告成績的基礎上，增加實驗操作考試成績和平時實驗操作表現成績，引導學生對實驗的每一個環節給予足夠的重視，能夠自覺的規范實驗操作方法，科學認真處理實驗數據，在遇到問題時積極主動的尋找問題的解決辦法。 最終通過創新課程考核方式督促學生積極參與到全過程的學習中來。

3 結語

在對“數字電子技術”課程進行改革的過程中，針對思想觀念、 理論課程和實驗課程提出了一系列措施，首先，從培養學生能力出發更新教學觀念，重視學生知識的獲得和能力的提高；其次，在理論課程的改革中，通過調整教學內容，突出重點，工程案例啟發和講練結合等手段，引導學生主動學習；再次，在實驗課程的改革中，通過合理設計驗證性、設計性和綜合性實驗內容，在培養學生動手能力的同時，培養學生的創新能力；最后，創新課程考核方式，豐富考試成績構成，充分發揮考核環節的引導和促進作用。 雖然通過一系列改革措施， 在一定程度上提高了教學水平，但是課程改革還會繼續下去， 不斷完善教學內容和資源，激發學生學習的積極性，提高“數字電子技術”課程教學水平。