數字電路硬件設計課程鏈融合實踐教學探索

摘 要 文章旨在探討如何有效融合電子信息類實踐課程體系，以項目式教學為導向，促進應用型本科高校學生硬件電路實踐技能的提升。針對當前學生對于核心課程群內課程間遷移能力較差、動手能力較弱的問題，文章提出構建跨課程的項目式教學體系，有機整合數字電子技術、EDA技術與應用、電子線路設計等硬件核心課程的實驗部分及相關實踐課程。在此模式下，學生通過參與實際項目的規劃、設計與實施，將理論知識與實踐操作緊密結合，從而加深對技術原理的理解并增強實踐能力。

關鍵詞 電子信息類；實踐課程融合；硬件電路制作；項目式教學

中圖分類號：G712 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.33.016

The Exploration of Practice Teaching under the View of Digital Circuit Hardware Design Curriculum Chain Fusion

——Taking applied undergraduate colleges as an example

NIE Mengya1， WANG Chunliu2， JIAO Fengmin1

（1.Jiangsu Aviation Technical College， Zhenjiang， Jiangsu 212134;

2. Nanjing Normal University Zhongbei College， Zhenjiang， Jiangsu 212300）

Abstract The article aims to explore how to effectively integrate the practical course system of electronic information， guided by project-based teaching， and promote the improvement of hardware circuit practical skills for applied undergraduate students. In response to the current problem of poor transfer ability and weak hands-on ability among students within the core curriculum group， this article proposes the construction of a cross course project-based teaching system， which organically integrates the experimental parts of hardware core courses such as digital electronic technology， EDA technology and applications， electronic circuit design， and related practical courses. In this mode， students closely integrate theoretical knowledge with practical operations by participating in the planning， design， and implementation of actual projects， thereby deepening their understanding of technical principles and enhancing their practical abilities.

Keywords electronic information; practical curriculum integration; hardware circuit making; project-based teaching

2015年，教育部等三部門發布了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，旨在對高校的深化改革與轉型發展進行頂層設計，推動一部分高校將辦學思路切實轉變為培養應用型和技術技能型人才。隨著電子信息行業的迅猛發展，對應用型本科院校所培養的人才提出了更高的要求，強調學生需具備實際動手能力，以推動電子信息產業實現高質量發展。

硬件成品的實現涵蓋了硬件電路功能設計以及硬件電路板的設計與制作，這一過程涉及數字電子技術、EDA設計與應用的理論知識，同時還包含了電子線路設計、數模電課程設計、EDA課程設計、電子技術綜合設計等實踐知識。為了使學生能夠將所學的理論知識有效應用于實踐課程，本文提出了一種教學方法，即將項目式教學貫穿并融合進整個電子類核心課程群。

1" 電子信息硬件課程群教學現狀

1.1" 理論課程與實踐課程聯系不夠緊密

在應用型本科院校的電子信息類課程中，存在理論課程與實踐課程聯系不夠緊密的問題。這一現象導致學生難以將理論課上學到的電路知識有效應用于實踐課程中，從而影響了他們的學習效果和實際操作能力。

具體針對數字電子技術課程，其理論主要是講解電路原理，而實踐內容則側重于動手操作，要求學生依據實驗電路圖進行硬件組裝與連接。但學生將課堂上學到的電路應用到實驗操作中的能力尚顯不足。而在數字電子技術課程設計的實踐環節中，若不明確指出關鍵電路的應用，大多數學生難以僅憑理論課程的知識獨立進行功能分析與設計。

此外，在EDA技術與應用課程中，盡管該課程的電路設計理論知識全部來源于數字電子技術課程，學生在用硬件描述語言（Hardware" Description" Language）編寫電路時理應能夠靈活運用先前積累的理論知識。但實際情況是，學生不能對理論知識進行遷移，很多情況下都需要復習，這就表明課程教學在理論與實踐的融合上還有待加強。

1.2" 實踐課程中動手能力較弱

在電子信息類專業中，實踐課程尤其重要。電子線路CAD作為硬件制作領域的核心課程，主要在于培養學生的動手能力，使他們能夠將仿真設計轉化為實際的電路圖制作。此過程要求學生不僅能掌握選擇合適元器件的技巧、規劃電路布局的方法，還需全面考慮信號流向優化與干擾抑制等復雜技術要素。然而，實際情況是學生在初次進行PCB繪制時，往往搞不清元器件型號，且不能設計有效的測試點，甚至在是否共地、共電源的部分也缺乏直觀的理論認知和檢查方法。

進入實際制作階段，學生需要動手進行制作。從腐蝕材料的配比開始，學生可能會遭遇腐蝕不完全、孔徑太小、焊接質量不達標、元件布局紊亂、電路板短路或開路等諸多問題，而這些問題直接關聯到最終產品的性能穩定性與可靠性。

在測試階段，學生在運用測試工具如穩壓電源、示波器等方面存在諸多問題。同時，他們缺乏測試的方法，這導致其難以準確執行測試流程，進而難以獲得正確的測試結果。

1.3" 綜合實踐和前期課程脫節

如表1所示，各硬件設計制作的課程與電子系統綜合設計這一課程之間差了將近一年的時間。這種時間跨度使得學生前期學過的硬件知識被逐步遺忘。而且在綜合設計實踐中，學生往往更側重于程序編寫，忽視了硬件設計與制作的重要性。學生在進行畢業設計時也是更加注重軟件，對于硬件部分的設計和制作更傾向于購買模塊化的硬件進行組裝。但從長遠的角度來看，由于缺乏對硬件設計的深入理解和實踐經驗的積累，在畢業后的就業市場上，學生更加愿意選擇軟件工程師而非硬件工程師崗位，這也對未來我國硬件電路的發展帶來不利影響。

2" 硬件課程鏈中多課程實踐教學融合模式探索

2.1" 構建項目化可融合的多課程實踐教學

教學方式由傳統的教師為主型向以學生為中心的自主學習模式轉變。具體實施步驟如下。

首先，鼓勵學生自主分組，并選擇研究項目，最大程度上確保學生在學習過程中的主動性與參與度，且各學生組團后可以相互監督與學習。整個學習過程中，學生在課堂上學習理論知識，在課后進行項目設計，利用仿真軟件進行模擬實踐，最終在實驗課上進行成果展示。

隨后，在電子線路CAD課程中，各小組依據已完成的仿真結果，開展PCB圖繪制工作，其內容包括選擇合適的元器件、進行布局及布線設計、找準合適的測試點等關鍵環節。完成后，實施輪換匯報制度，確保每位學生都有機會分享自己對設計的見解，匯報內容包括測試方案及預期結果等。

最后進入數字電子技術課程設計階段，學生根據原來的小組分組及項目進行硬件制作與調試。由于每個項目電路圖較大，所以采用模塊化分工模式，在此過程中特別強調模塊間接口、電源與地線布局的重要性。硬件制作完成后，先測試分模塊，保證沒有短路和斷路現象，再通過接口進行連接，測試完電路連接情況后，進行全面調試，確保功能實現，并將最終數據整理成實踐報告。

在后續的EDA技術與應用課程中，繼續沿用或微調原有分組，圍繞原有項目，引入硬件描述語言（HDL）進行高層次設計。每個團隊的成員根據“自頂向下”的設計模式討論項目的總體方案，然后領取項目中各個模塊的設計任務，通過團隊協作完成整體項目拼接，并在課程結束時進行總結匯報。

在此過程中以項目為主線，貫穿整個硬件設計與實現的課程中，讓學生能夠全面提升自主學習能力、實踐創新能力及團隊協作能力。

2.2" 構建線上線下一體化教學

在學生自主探索項目設計的過程中，為確保其在遇到困惑時能迅速獲得解答，每位授課教師都創建了各自課程的QQ群及騰訊課堂。騰訊課堂中涵蓋了詳盡的知識點視頻資源，這些視頻以小知識點的方式呈現，幫助學生厘清復雜的概念；QQ群可以作為師生交流互動的橋梁，學生可以隨時在群內提出疑問，教師及同學均可參與討論，共同解決問題。此外，群內還設置了作業提交與互評機制，促進了學生之間的合作學習與相互激勵，實現了課內知識傳授與課外自主學習、實踐探索的深度融合，構建起了一個線上線下、課內課外的立體學習網絡。

2.3" 構建更加多元的評價體系

為了全面激發學生的學習積極性與參與感，課程 組對傳統理論課的評價體系進行了改進，建立了一個更為立體、多元化的評價機制。降低期末成績的比重，提高實驗分數，并創新性地引入了項目式學習考核模式。在這一模式下，學生的最終分數組成如表2所示，其中項目完成的分數由其在項目中的實際貢獻度來綜合評定，從任務完成度、創新思維、團隊協作等多維度進行量化評估，力求公平公正。

對于實踐課程，主要從以下五個維度開展考核，具體為：情感態度考核包含學生學習過程中的積極性與態度；動手技能考核評估學生的實踐操作能力；項目功能考核確保項目成果的實用性與創新性；團隊考核強化學生的團隊協作與溝通能力；展示情況考核鼓勵學生勇敢表達，提升其演講與展示技巧。這一系列改革措施，旨在為學生提供一個更加公平、開放、包容的學習環境，促進其實踐操作能力向更完善的方向發展。

2.4" 以電子設計競賽及大學生創新創業項目為契機培養實踐人才

為了增強學生的動手實踐能力，教師應鼓勵學生參加電子設計競賽及大學生創新創業項目。電子設計大賽的硬件設計部分有很強的綜合性，學生通過比賽前期的大量訓練，加上比賽期間 4天3夜的設計與制作及現場測試，能夠最大限度地檢驗學生的硬件制作及調試水平，后續再加上程序編寫部分，可以作為一個很完整的作品呈現出來。而大學生創新創業項目更加需要一定的創新能力和學習能力，學生不但要自己拿出方案進行規劃和設計，還需要進行制作測試。為了增強課程的延續性，本次課程改革還會把大學生創新創業項目作品和電子設計競賽作品作為優秀畢業設計進行培育，為后續學生的畢業論文做好準備工作。

3" 結語

社會對硬件工程師的需求與日俱增，為了培養出具有實踐能力的硬件人才，在應用型本科院校建設背景下，各類硬件設計與制作課程教學融合是一個需要長期探索的過程，本文提出的基于項目化的融合方式只是開啟了一個小小的嘗試，讓學生在學習理論知識的同時，能夠更好地把理論知識應用于實踐操作，反復練習硬件設計與制作，提升團隊協作能力，對接企業需求，為進入工作崗位實現良好的鋪墊。

基金項目：2021年度南京師范大學中北學院教學改革研究課題“數字電路硬件設計課程鏈融合視角下的實踐教學探索”（2021YJG006）。

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