數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

唐勝春 高晶敏 柴海莉 陳福彬

北京信息科技大學(xué) 北京 100101

依據(jù)教育部對數(shù)字電子技術(shù)的課程指導(dǎo)要求，根據(jù)我校的培養(yǎng)目標(biāo)—培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，需要全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，所以要強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。

數(shù)字電子技術(shù)是電子技術(shù)、控制、電氣類等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)其他后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。本課程的主要任務(wù)是通過學(xué)習(xí)數(shù)字電路的基本概念、基本理論，掌握數(shù)字電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而具備數(shù)字電路的應(yīng)用能力。

數(shù)字電子技術(shù)的理論性、實(shí)踐性、工程性、靈活性很強(qiáng)，該門課程的實(shí)驗(yàn)課顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將理論知識過渡到實(shí)踐的橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，通過這個環(huán)節(jié)可以鞏固在理論課上所學(xué)的知識，加強(qiáng)對理論知識的理解并且增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題的能力。所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力具有特殊作用。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件的實(shí)際情況和不同專業(yè)后續(xù)課程的實(shí)際需求以及對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求，通過與不同專業(yè)任課教師的交流，對數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行改革。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的和原則

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字電路的發(fā)展很快，對該門課程的教學(xué)內(nèi)容提出了更高要求，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)不斷改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的在于全方位提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的思考能力、創(chuàng)新能力、動手能力。

我校每年有自動化學(xué)院、信息與通信工程學(xué)院、儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、理學(xué)院5個學(xué)院9個專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程，且針對不同專業(yè)有不同的教學(xué)大綱，教學(xué)上的要求和側(cè)重點(diǎn)不盡相同。數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)滿足不同專業(yè)的培養(yǎng)要求，實(shí)驗(yàn)學(xué)時從16學(xué)時到20學(xué)時不等，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求也有所不同。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革原則

數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革應(yīng)滿足3個方面的要求：(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)滿足提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力；(2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要適應(yīng)不同專業(yè)、不同層次的學(xué)生；(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)注重傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合，與新技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合。

對數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，應(yīng)遵循以下兩個原則：(1)根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，不同專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程之前相關(guān)課程的安排不同以及學(xué)生接受知識及動手能力的差異，采取比較靈活的教學(xué)要求，以便得到更好的教學(xué)效果。(2)在實(shí)驗(yàn)安排上應(yīng)先易后難，循序漸進(jìn)?？赏ㄟ^任務(wù)分解的方式，將具有一定難度及規(guī)模的綜合性實(shí)驗(yàn)分解成幾個部分，采取引導(dǎo)式、啟發(fā)式教學(xué)，重視啟迪學(xué)生的思維，調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性和主動性，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

2.2 實(shí)驗(yàn)類型

我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革后的實(shí)驗(yàn)類型分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)3種基本類型，此外還有開放式的實(shí)驗(yàn)，旨在采用較為靈活的方式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的深化和補(bǔ)充，通過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能，樹立實(shí)驗(yàn)科學(xué)規(guī)范，熟悉并掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法，為綜合、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)過程中，可加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)理論知識的感性認(rèn)識，從而加深對理論知識的理解。例如門電路實(shí)驗(yàn)，通過對集成邏輯門參數(shù)的測試，可以使學(xué)生更深入地掌握邏輯門主要參數(shù)的意義及測試方法。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)不宜占用較多的課時，否則導(dǎo)致沒有更多的學(xué)時開設(shè)設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高綜合素質(zhì)。

2.2.2 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。這類實(shí)驗(yàn)主要是由若干數(shù)字器件構(gòu)成小型數(shù)字電路系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法，進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時，要在學(xué)生已經(jīng)掌握的理論知識和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)上，選擇合適的實(shí)驗(yàn)題目[1]。如計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，綜合了組合邏輯電路、時序邏輯電路兩大部分的知識。要求學(xué)生在掌握用中規(guī)模計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)、分頻的方法，掌握譯碼、顯示電路原理的基礎(chǔ)上，完成計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路的設(shè)計(jì)，先用Multisim軟件仿真，然后在實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，學(xué)生在經(jīng)過此次實(shí)驗(yàn)之后，對計(jì)數(shù)器的理解更為深入，對譯碼、顯示電路的應(yīng)用有了更深體會，培養(yǎng)了綜合設(shè)計(jì)能力，為此后開展的研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

2.2.3 研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識。在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求。我們在編寫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時，注重了創(chuàng)新這一環(huán)節(jié)。

如用EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)和D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個周期可調(diào)的對稱三角波發(fā)生器[2]。三角波發(fā)生器包括分頻器、計(jì)數(shù)器、選通器、波形輸出控制電路等幾大模塊，對于每個模塊學(xué)生均可根據(jù)自己的想法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可很好地鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2.4 開放式實(shí)驗(yàn)

開放式實(shí)驗(yàn)是在正常實(shí)驗(yàn)課之外，由教師制定相關(guān)的開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生在課余時間根據(jù)自己的愛好、專業(yè)特長，到開放實(shí)驗(yàn)室選做實(shí)驗(yàn)。這種開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以鼓勵和調(diào)動學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)的積極性，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，充分發(fā)揮他們的潛力和創(chuàng)造力。

為此也設(shè)計(jì)了多項(xiàng)開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如：數(shù)字式溫度計(jì)、多路搶答器、交通燈控制電路、彩燈控制電路的設(shè)計(jì)等，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更適合學(xué)生自主訓(xùn)練。

3 教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)手段的改革

教學(xué)方法是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，選擇合適的教學(xué)方法對提高教學(xué)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的能力，需要我們探索培養(yǎng)學(xué)生動手能力、提高創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和方法。建立以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所采用的教學(xué)方法、手段和教學(xué)模式，應(yīng)在以下幾方面實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。

3.1 教學(xué)過程

在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程方面，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)課程初期以實(shí)驗(yàn)過程及內(nèi)容講解為主、課程過程中單獨(dú)輔導(dǎo)或指導(dǎo)為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)課程的全程引導(dǎo)或啟發(fā)，使學(xué)生不再被動地接受教師的講解，而是能夠獨(dú)立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而主動地去解決問題，最終完成實(shí)驗(yàn)中所要求的各項(xiàng)內(nèi)容。

3.2 考核

在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核方面，傳統(tǒng)考核方法過于看重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)過程的考核重視不夠。所以我們在實(shí)驗(yàn)考核中，將實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來，并在考核過程中對實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問題進(jìn)行提問，以促使學(xué)生積極思考，積極尋找解決問題的方法。

3.3 教學(xué)模式

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式方面，從單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)形式轉(zhuǎn)變到課上課下、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外多元化的實(shí)驗(yàn)形式[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多是完全在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，教師將實(shí)驗(yàn)所需要的儀器、設(shè)備、芯片準(zhǔn)備好，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，此教學(xué)模式并不適合所有類型的實(shí)驗(yàn)。對于那些綜合型、有多種方案實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)不太適合，這就需要轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，除了在規(guī)定的上課時間之外，還允許學(xué)生在課下時間到實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或者在實(shí)驗(yàn)室外完成相關(guān)內(nèi)容，如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的仿真部分，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室外完成。所以，針對不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)模式，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)是非常有必要的。

3.4 教學(xué)手段

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用現(xiàn)代技術(shù)手段，融合多種方式輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如在授課過程中將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、相關(guān)原理等部分通過多媒體形式形象地演示給學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)過程中采用硬件電路、仿真、虛擬、網(wǎng)絡(luò)等多種手段，以更便捷的方式培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

在擴(kuò)充和豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容后，對于某些綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱或電路板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線較多，出現(xiàn)由于導(dǎo)線插線不實(shí)造成接觸不良而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)效率受到影響；而且傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段需要事先準(zhǔn)備好所需的器件，不利于開展內(nèi)容靈活的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

對于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，可適當(dāng)采用EDA技術(shù)，不但可以大大增加實(shí)驗(yàn)開出的項(xiàng)目，而且可以提高復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的成功率及教學(xué)效率，有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

總結(jié)了我校數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容等方面的改革成果。主要有引導(dǎo)和啟發(fā)式的教學(xué)方法，采用多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過多種類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提高數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

隨著數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深入進(jìn)行，已取得良好的效果。在北京市和全國大學(xué)生電子競賽中，我校每年都有多名學(xué)生獲獎。

在今后更長的時間里，我們要繼續(xù)深入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不斷探索新的教學(xué)方法和手段，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育。

[1]張旭珍,武曄.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].科技信息,2011,31:25.

[2]王久和.電工電子實(shí)驗(yàn)教程[M].修訂版.北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[3]侯建軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].第一版.北京:高等教育出版社,2007.