基于工程教育認(rèn)證的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)探索

方 凱，梅 燁，陳志楚

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院 湖北 十堰 442002）

數(shù)字電子技術(shù)作為湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣類專業(yè)的一門(mén)工程基礎(chǔ)課，它是后續(xù)相關(guān)課程，如電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等的先修課。學(xué)好數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課程，對(duì)于夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，激發(fā)研究興趣，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力都具有重要意義，同時(shí)也是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的重要組成部分。

多年來(lái)，數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中存在一些問(wèn)題，比如內(nèi)容上概念抽象、電路多變復(fù)雜，學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容乏味、實(shí)踐能力培養(yǎng)不夠，以“教”為主的知識(shí)傳授方式不能激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)潛力[1]。而且近年來(lái)隨著課程學(xué)時(shí)數(shù)的壓縮，學(xué)習(xí)效果難以得到保證，這些問(wèn)題都直接影響到教學(xué)效果。為了使學(xué)生掌握好數(shù)字電子技術(shù)，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力，筆者對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改革，落實(shí)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)等理念，使課程教學(xué)內(nèi)容、授課方式、教學(xué)手段更好地適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的培養(yǎng)要求，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[2]。

1 教學(xué)內(nèi)容和授課方式的改革

在電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)中，專業(yè)人才培養(yǎng)方案對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課提出三個(gè)畢業(yè)要求觀測(cè)指標(biāo)點(diǎn)。課程組針對(duì)這三個(gè)畢業(yè)要求觀測(cè)指標(biāo)點(diǎn)提煉出三個(gè)課程目標(biāo)，分別是：

①應(yīng)用二進(jìn)制數(shù)制碼制、二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則等基礎(chǔ)知識(shí)完成二、八、十六進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換和計(jì)算；分析門(mén)電路、觸發(fā)器等器件的基本結(jié)構(gòu)和原理，將邏輯變量、邏輯變量二值狀態(tài)體系與實(shí)際電氣類系統(tǒng)的高低電平、脈沖有無(wú)、開(kāi)關(guān)通斷等建立關(guān)聯(lián)，將與或非基本邏輯運(yùn)算與工程控制聯(lián)系起來(lái)；能運(yùn)用公式法、卡洛圖法等化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式；

②應(yīng)用組合邏輯、時(shí)序邏輯的分析和設(shè)計(jì)方法，分析汽車電器系統(tǒng)中的采樣、顯示、計(jì)數(shù)和控制等功能模塊，并能運(yùn)用集成門(mén)電路、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等中規(guī)模器件搭建滿足相應(yīng)需求的電子系統(tǒng)；

③能夠使用信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表、面包板等數(shù)字電子常用實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備對(duì)常用組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析和驗(yàn)證其功能。

這三個(gè)課程目標(biāo)具有循序漸進(jìn)、相輔相成的關(guān)系。為了達(dá)成這三個(gè)課程目標(biāo)，筆者對(duì)課程48 學(xué)時(shí)數(shù)做如下安排：理論教學(xué)環(huán)節(jié)40 學(xué)時(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)8 學(xué)時(shí)，除此之外，課程還安排了過(guò)程訓(xùn)練32 學(xué)時(shí)，它包括24 學(xué)時(shí)的課外作業(yè)和8 學(xué)時(shí)的課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)，前者用來(lái)對(duì)課本教材上的電路模型進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，后者用來(lái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)字電子電路，并分析電路的性能，它不僅解決了壓縮課時(shí)后學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題，而且還著重突出了以學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，最終達(dá)到從知識(shí)到能力，再到素質(zhì)的全方位培養(yǎng)[3]。

教學(xué)中對(duì)一些抽象的電路采用案例教學(xué)的方式，比如計(jì)數(shù)器電路，筆者從數(shù)字電子鐘的實(shí)物開(kāi)始介紹，闡明數(shù)字電子鐘的計(jì)時(shí)過(guò)程，再給出實(shí)際的計(jì)時(shí)器電路，筆者從中歸納出計(jì)數(shù)器電路模型，再講解電路的結(jié)構(gòu)、分析方法和分析結(jié)論。

這次教學(xué)方式改革最大之處是課外學(xué)習(xí)部分，筆者考慮到過(guò)程訓(xùn)練的可操作性和可評(píng)價(jià)性，希望既注重專業(yè)特點(diǎn)，又不占用過(guò)多課外時(shí)間，給學(xué)生造成過(guò)大的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。過(guò)程訓(xùn)練包括三份課外作業(yè)和一個(gè)課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)，課外作業(yè)是對(duì)每一章知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)和鞏固，這個(gè)過(guò)程緊跟課堂教學(xué)，旨在讓學(xué)生較快地掌握基礎(chǔ)知識(shí)，并能形成一種系統(tǒng)模塊化的分析思維。課外項(xiàng)目針對(duì)電氣類專業(yè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多個(gè)題目，學(xué)生可以選擇其中一個(gè)，也可以根據(jù)科技競(jìng)賽或大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目自擬題目，2―3 人一組，推選隊(duì)長(zhǎng)，制訂計(jì)劃，安排分工，團(tuán)隊(duì)通過(guò)查閱資料，設(shè)計(jì)電路圖，完成實(shí)物的制作，最后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告和進(jìn)行項(xiàng)目答辯。教師在課程學(xué)習(xí)中期發(fā)布任務(wù)，學(xué)期結(jié)束時(shí)驗(yàn)收和答辯，學(xué)生有半個(gè)學(xué)期的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)和制作課外作品。課外設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)質(zhì)上給了學(xué)生一次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，能激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)[4]。課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核時(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力，教師根據(jù)課外項(xiàng)目的設(shè)計(jì)水平、制作質(zhì)量、分析完整性、設(shè)計(jì)結(jié)論、實(shí)物功能和答辯表現(xiàn)等做整體性的評(píng)價(jià)。通過(guò)2023―2023 學(xué)年的實(shí)施情況來(lái)看，這個(gè)環(huán)節(jié)極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，很多學(xué)生已經(jīng)加入學(xué)校的科技競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)，如“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“恩智浦”杯智能汽車競(jìng)賽、中國(guó)高校智能機(jī)器人創(chuàng)意大賽等，他們?cè)诟?jìng)賽訓(xùn)練中匯集了大量的數(shù)字電子技術(shù)問(wèn)題亟待解決，這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生非常積極，在課堂和課后主動(dòng)找教師討論他們的課題，他們對(duì)問(wèn)題的分析和解決思路超出了筆者的預(yù)期，效果顯著。

2 授課方式的改革

在授課方式方面，做到以點(diǎn)帶面，注重引導(dǎo)學(xué)生形成知識(shí)體系，不是對(duì)所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行面面俱到的講解，而是對(duì)重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行精講，并通過(guò)每次課對(duì)上次課的知識(shí)進(jìn)行回溯和總結(jié)，以及對(duì)本課時(shí)知識(shí)點(diǎn)的提煉和延展，幫助學(xué)生梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生形成模塊化的電路分析方法，不斷提高課堂教學(xué)的效率。比如在介紹譯碼器電路時(shí)，筆者重點(diǎn)講解譯碼器和編碼器的關(guān)系，從而分析譯碼過(guò)程與編碼過(guò)程之間的對(duì)應(yīng)。再比如多諧振蕩器電路，筆者重點(diǎn)介紹多諧振蕩器的概念，以及運(yùn)用555 定時(shí)器搭建多諧振蕩器，讓學(xué)生掌握集信號(hào)發(fā)生器電路的分析方法，形成一個(gè)知識(shí)鏈，為今后學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)和電子技術(shù)綜合訓(xùn)練打下基礎(chǔ)。

授課方式方面，數(shù)字電子技術(shù)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師在PPT和黑板上按推理或演繹思路進(jìn)行逐步講授，學(xué)生一邊聽(tīng)教師講課，一邊記筆記，一邊思考相應(yīng)的問(wèn)題，聽(tīng)課的效率比較高，缺點(diǎn)是信息量小。而近年來(lái)，MOOC、學(xué)習(xí)通APP等互聯(lián)網(wǎng)授課方式不斷出現(xiàn)，線上線下混合式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，圖文聲貌相結(jié)合，師生互動(dòng)相輔助，學(xué)生提前預(yù)習(xí)和自學(xué)課程視頻，大大豐富了課堂教學(xué)的形式，使教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)，課堂上和課堂下學(xué)生與教師的互動(dòng)增多，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高。

在實(shí)際教學(xué)中，筆者根據(jù)課程的教學(xué)需要，充分發(fā)揮多媒體和板書(shū)的功能，把多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，從實(shí)際出發(fā)，尋找最佳結(jié)合點(diǎn)，在一般知識(shí)點(diǎn)介紹、內(nèi)容闡述、電路應(yīng)用等方面用多媒體教學(xué)；在重要公式推導(dǎo)、習(xí)題講解時(shí)用板書(shū)教學(xué)。突出教學(xué)重點(diǎn)，解決難點(diǎn)，合理使用多媒體教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)模式，充分發(fā)揮兩種模式各自的優(yōu)勢(shì)，拓寬學(xué)生知識(shí)面。另外，學(xué)生可以在教師的指引下，在課后對(duì)薄弱環(huán)節(jié)和感興趣的章節(jié)進(jìn)行自主再學(xué)習(xí)，鞏固知識(shí)[6]。

3 理實(shí)一體化模式

教師將數(shù)字電路仿真融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本課程中，許多數(shù)字電路系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系復(fù)雜，學(xué)生難以掌握其工作原理、邏輯功能以及物理意義。為使抽象復(fù)雜的邏輯關(guān)系直觀化，筆者在課堂教學(xué)中充分使用多媒體、動(dòng)畫(huà)和Multisim 仿真軟件等現(xiàn)代教學(xué)工具，將數(shù)字電路系統(tǒng)的抽象邏輯圖像化，直觀呈現(xiàn)其工作原理和邏輯功能。然后學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路方案設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，做到理論聯(lián)系實(shí)際，理論實(shí)際相輔相成，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化。

4 融入課程思政

4.1 工匠精神

工匠精神是新時(shí)代工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的內(nèi)在需要，是當(dāng)下高校思想建設(shè)的重要內(nèi)容。教師搜集素材融入教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生專心學(xué)習(xí)，專一做事，比如：華為和格力電器等公司數(shù)十年如一日，不斷堅(jiān)守創(chuàng)新，通過(guò)自主研發(fā)，保持企業(yè)的核心科技競(jìng)爭(zhēng)力，給民族名牌帶來(lái)了無(wú)窮的生命力。另外，在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生設(shè)計(jì)和調(diào)試電路時(shí)，苦于不能得到電路原理圖應(yīng)有的結(jié)果，這時(shí)，教師可以通過(guò)親身示范調(diào)試電路，找出電路的問(wèn)題，告訴學(xué)生工匠精神的重要性，讓學(xué)生在實(shí)際操作中體驗(yàn)認(rèn)真和專注做一件事的意義。

4.2 愛(ài)國(guó)主義

愛(ài)國(guó)主義是課程思政內(nèi)涵的升華。許多電子技術(shù)專家在國(guó)外學(xué)有所成且擁有優(yōu)越的科研和生活條件，但為了投身于新中國(guó)的工業(yè)和科技建設(shè)事業(yè)，他們沖破各種障礙，毅然回到祖國(guó)，將畢生所學(xué)奉獻(xiàn)給祖國(guó)。這樣的案例有很多，教師有目的地去收集并在教學(xué)中展現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。

4.3“四心”精神

數(shù)字電子技術(shù)課程有很多實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)這些環(huán)節(jié)能培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)，也是鍛煉學(xué)生“四心”，即虛心、細(xì)心、耐心、恒心的過(guò)程，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，互幫互助的意識(shí)。課程思政元素以“現(xiàn)身說(shuō)法”的形式出現(xiàn)，比起“講故事”的形式，可以更好地獲得學(xué)生“認(rèn)同感”從而引發(fā)“情感共鳴”，做到課程思政育人潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。

5 亮點(diǎn)和不足

電氣類專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力提出了一定的要求。因此在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中，教師應(yīng)該給學(xué)生更多思維訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中，教師的作用是將知識(shí)結(jié)構(gòu)勾畫(huà)出來(lái)，將重難點(diǎn)講述出來(lái)，將知識(shí)系統(tǒng)架構(gòu)起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。重點(diǎn)精講，難點(diǎn)深講，同時(shí)利用案例式教學(xué)方式激勵(lì)學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，積極動(dòng)手實(shí)踐，不僅按時(shí)按量完成課內(nèi)課外實(shí)驗(yàn)，還要和專業(yè)學(xué)習(xí)和科技競(jìng)賽結(jié)合起來(lái)。

數(shù)字電子技術(shù)是一門(mén)動(dòng)手實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，教師可以把有些難以理解的電路分析過(guò)程省略掉，取而代之用具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者仿真波形來(lái)反映電路的特性，讓學(xué)生避開(kāi)枯燥的公式推導(dǎo)，更加輕松地掌握好相關(guān)的數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)，理解它們的功能和特點(diǎn)，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力。

不足之處也有很多，首先，課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，學(xué)生設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目需要開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，學(xué)校的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室數(shù)量有限，學(xué)生沒(méi)有足夠場(chǎng)所完成電子電路的仿真調(diào)試。其次，學(xué)生充分發(fā)揮主動(dòng)性，根據(jù)閱讀文獻(xiàn)，查找資料，設(shè)計(jì)的很多電路非常考驗(yàn)教師的知識(shí)水平，所以教師也需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷更新知識(shí)結(jié)構(gòu)，跟學(xué)生一起解決問(wèn)題。一些更好的教學(xué)方法在今后的工作中還需不斷去探索。

6 總結(jié)

總之，在電氣類專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)過(guò)程中，教師根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，融合OBE 理念，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)開(kāi)展教學(xué)，使學(xué)生打好基礎(chǔ)，拓寬視野，在有限的課時(shí)內(nèi)，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐等能力。當(dāng)然，教學(xué)中還有不足的地方，如針對(duì)當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展給教學(xué)內(nèi)容帶來(lái)的影響，如何重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，這還需要筆者今后進(jìn)一步的探討。