淺議“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革

孫磊　蔡鈞

摘 要： 數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。數(shù)字電路課程主要由理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成。其中的課程設(shè)計(jì)具有綜合性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，要求學(xué)生不僅充分掌握數(shù)電的基礎(chǔ)理論，還具備設(shè)計(jì)、開發(fā)、分析、調(diào)試電路的實(shí)踐能力。文章針對(duì)當(dāng)前數(shù)電課程設(shè)計(jì)中存在的選題單一、設(shè)計(jì)時(shí)間短、設(shè)計(jì)輔助工作量大、考核方式不夠細(xì)化等問題，提出了一些改革建議，以期提高數(shù)電課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新力。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 選題 考核方式

數(shù)字電子技術(shù)（下文簡(jiǎn)稱“數(shù)字電路”或“數(shù)電”）是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，開設(shè)該課程的目的是讓學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（包括數(shù)字器件的基本原理、性能、應(yīng)用等），培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路和自行理解、使用新型數(shù)字器件的能力。為了達(dá)到數(shù)電課程的教學(xué)目的，一般高等院校都設(shè)置了課堂教學(xué)和實(shí)踐操作兩個(gè)環(huán)節(jié)。本文結(jié)合揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院數(shù)字電路的教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)其中課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，提出了一些改革建議，提高數(shù)字電路的教學(xué)質(zhì)量。

一、數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院的數(shù)電教學(xué)主要由理論課程（課堂教學(xué)）、實(shí)驗(yàn)課程和課程設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成。其中，理論課程主要圍繞教材各部分章節(jié)的內(nèi)容展開，教師通過板書、幻燈片等方式向?qū)W生傳授理論知識(shí)。課程的考核成績(jī)由平時(shí)和考試兩部分構(gòu)成，采用百分制的量化方式。一般而言，理論課程是數(shù)電教學(xué)的重點(diǎn)，因此，不僅教師會(huì)花費(fèi)大部分時(shí)間用于理論課程的備課、上課、布置和批改作業(yè)、輔導(dǎo)答疑等，學(xué)生也將時(shí)間主要用于預(yù)習(xí)、聽講、完成作業(yè)等理論課程項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)課程屬于實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，通常與各階段的理論課程相配套。學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，通過親手做實(shí)驗(yàn)，熟悉常用的數(shù)字集成芯片及相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材和儀器的操作，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)考核主要依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況，并參考預(yù)習(xí)、報(bào)告等，最終給予實(shí)驗(yàn)成績(jī)（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）。由于大部分實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性質(zhì)，即使涉及設(shè)計(jì)，其操作難度不大，因此學(xué)生能夠獨(dú)立完成。相對(duì)于數(shù)字電路的理論和實(shí)驗(yàn)課程，課程設(shè)計(jì)目的是考查學(xué)生綜合利用理論知識(shí)進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字電路設(shè)計(jì)的能力。設(shè)計(jì)題目一般會(huì)涵蓋數(shù)電課程幾乎所有的重點(diǎn)內(nèi)容，且最終的電路系統(tǒng)功能更多，規(guī)模更大，因此難度較大。

經(jīng)過多年實(shí)踐，本院已形成了一套成熟的教學(xué)方案，用于理論課程和實(shí)驗(yàn)課程。相較而言，課程設(shè)計(jì)具有綜合性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，存在如下問題：（1）設(shè)計(jì)題目單一。本院的課程設(shè)計(jì)題目常年不變，內(nèi)容缺乏新穎性，不利于開拓學(xué)生思維；（2）設(shè)計(jì)時(shí)間短。教師一般在實(shí)際設(shè)計(jì)前一周布置任務(wù)，因此學(xué)生的設(shè)計(jì)時(shí)間比較倉(cāng)促，無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)、細(xì)致的設(shè)計(jì)，可能導(dǎo)致一些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤；（3）實(shí)驗(yàn)輔助工作量大。由于設(shè)計(jì)過程需要相關(guān)的實(shí)驗(yàn)輔助（如更換器件、排查錯(cuò)誤等），學(xué)生常常不能獨(dú)立解決，往往會(huì)求助于實(shí)驗(yàn)師或?qū)煛Ｈ绻麉⑴c設(shè)計(jì)的學(xué)生人數(shù)過多，則教師的輔助工作量將會(huì)增加，甚至學(xué)生不能得到及時(shí)幫助；⑷考核方式不夠細(xì)化。由于學(xué)生的課程設(shè)計(jì)結(jié)果參差不齊，若采用類似于實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的五級(jí)量化方法，則可能無(wú)法反映每個(gè)學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情況。

二、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的改革建議

針對(duì)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的若干問題，本文提出如下建議：

（一）建立設(shè)計(jì)題庫(kù)，學(xué)生自主選題。

近年來(lái)，本院數(shù)電教師一般選用“數(shù)字種”作為設(shè)計(jì)題目，即利用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)和顯示功能，另附加手動(dòng)校時(shí)校分、周顯示、清零、整點(diǎn)報(bào)時(shí)這四項(xiàng)功能。該課題可以考查學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，難度適中。選用“數(shù)字鐘”的優(yōu)點(diǎn)是指導(dǎo)教師已對(duì)設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)非常熟悉，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備便捷，流程可控。然而，缺點(diǎn)是課題本身比較乏味，若每年做此設(shè)計(jì)，則教師的思想有可能固化，學(xué)生也有機(jī)會(huì)偷懶而抄襲往屆的設(shè)計(jì)方案，最終導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)的目的無(wú)法達(dá)到。因此，建議建立統(tǒng)一的課程設(shè)計(jì)題庫(kù)。題庫(kù)應(yīng)包含多個(gè)與生活密切相關(guān)且富有意義的設(shè)計(jì)題目（比如“交通信號(hào)燈”、“汽車計(jì)費(fèi)器”等）[1]，每個(gè)題目必須配備詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求、參考設(shè)計(jì)方案和完整的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。每年參加課程設(shè)計(jì)的學(xué)生可在題庫(kù)中進(jìn)行自主選題。如此，教師和學(xué)生的思維將被激發(fā)，特別是學(xué)生，會(huì)針對(duì)新穎的題目提出創(chuàng)新的解決方案。另外，為了保證題庫(kù)質(zhì)量，題庫(kù)除了需定期更新外，還要根據(jù)師生建議進(jìn)行修改。

（二）子電路模塊化，融入日常教學(xué)。

課程設(shè)計(jì)一般安排在學(xué)期末，指導(dǎo)教師會(huì)在設(shè)計(jì)前一周利用兩節(jié)課時(shí)間講解課題，后由學(xué)生自行完成設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)框圖和連線圖。理論的設(shè)計(jì)時(shí)間為一周，但由于接近學(xué)期末，學(xué)生可能忙于復(fù)習(xí)或參加考試，因此實(shí)際的設(shè)計(jì)時(shí)間并不充裕，甚至有點(diǎn)緊迫。在如此短的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生完成設(shè)計(jì)、制圖、連線、測(cè)試、差錯(cuò)等的難度確實(shí)很大，在匆忙中出錯(cuò)的概率也會(huì)大大增加。一種解決方法是降低設(shè)計(jì)題目的難度，但降低題目就減少了設(shè)計(jì)的綜合性特點(diǎn)，這與課程設(shè)計(jì)的初衷不符?？紤]到課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程密切相關(guān)，建議將設(shè)計(jì)中的子電路進(jìn)行模塊化處理，將各子電路的設(shè)計(jì)安排至平時(shí)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)中。例如，“數(shù)字鐘”中需要的60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方案可布置為課后作業(yè)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)課程中安排學(xué)生完成。這樣就使得設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容提前融入到基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)中。學(xué)生可以提前進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)，大大節(jié)省了期末的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。節(jié)省出的時(shí)間可用于方法的改進(jìn)和創(chuàng)新等。

（三）制定實(shí)驗(yàn)規(guī)則，科學(xué)輔助設(shè)計(jì)。

課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程涉及了實(shí)驗(yàn)器件和工具的準(zhǔn)備、發(fā)放、回收等步驟。為了能夠保證設(shè)計(jì)順利進(jìn)行，往往需要指導(dǎo)老師、實(shí)驗(yàn)師、學(xué)生、班委的多方協(xié)作，制定一套科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則。如果規(guī)則制定或執(zhí)行不當(dāng)，就出現(xiàn)器件浪費(fèi)、設(shè)計(jì)效率低下、實(shí)驗(yàn)師工作負(fù)荷增加等問題。建議由導(dǎo)師負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則的統(tǒng)籌規(guī)劃，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)師、班委進(jìn)行協(xié)調(diào)。具體措施分為設(shè)計(jì)前、設(shè)計(jì)中、設(shè)計(jì)后三個(gè)階段。設(shè)計(jì)前，導(dǎo)師計(jì)劃好設(shè)計(jì)時(shí)間，提前與實(shí)驗(yàn)師聯(lián)系，討論實(shí)驗(yàn)的分組、器件數(shù)量、發(fā)放規(guī)則等，之后讓班委通知學(xué)生做好劃分小組、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、了解實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則等工作。設(shè)計(jì)中，由班委負(fù)責(zé)分配器件和元件，導(dǎo)師和實(shí)驗(yàn)師巡查實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生解決棘手的實(shí)驗(yàn)問題[2]。對(duì)常見問題要進(jìn)行歸納總結(jié)，播放在投影儀上供學(xué)生參考。設(shè)計(jì)完成后，再由班委收集好實(shí)驗(yàn)器件，統(tǒng)一交給實(shí)驗(yàn)師，完成回收。另外，實(shí)驗(yàn)師要負(fù)責(zé)檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備，更換問題設(shè)備。所有約定好的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則必須嚴(yán)格執(zhí)行，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

（四）采用細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。

類似于實(shí)驗(yàn)課程，傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)大多采用優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格的五級(jí)評(píng)價(jià)體系。但由于課程設(shè)計(jì)具有綜合性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，學(xué)生完成設(shè)計(jì)的程度大不相同，因此五級(jí)評(píng)價(jià)方式不能細(xì)致反映設(shè)計(jì)的實(shí)際情況。為了解決這一問題，本文以數(shù)字鐘的考核為例，介紹一套基于百分制量化的細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。此套評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)由三部分構(gòu)成：

1.基本分?jǐn)?shù)（Basic score，BS）?；痉?jǐn)?shù)分為五檔，分別是0檔、1檔（60分）、2檔（70分）、3檔（80分）、4檔（90分）。

補(bǔ)充說明：（1） 對(duì)于劃分為0檔的學(xué)生，需要酌情給分。比如，學(xué)生只要完成時(shí)、分、秒顯示三項(xiàng)中的任一項(xiàng)，即增加20分；（2） 對(duì)于某個(gè)附加功能完成不全的學(xué)生，同樣需要酌情給分。例如，若學(xué)生已完成1檔的功能要求，但在某一附加項(xiàng)目（如手動(dòng)校時(shí)校分）上只完成校時(shí)功能。在這種情況下，該生在該檔次的得分可為65分（60+5），即不完全滿足該檔的得分要求時(shí)，需根據(jù)情況適當(dāng)扣分。

2.時(shí)間附加分（Additional score，AS）?？紤]到學(xué)生完成設(shè)計(jì)的時(shí)間有快有慢，在完成相同功能的基礎(chǔ)上，越快完成的學(xué)生理應(yīng)獲得更高的分?jǐn)?shù)。因此，我們根據(jù)完成時(shí)間給予學(xué)生0～9分的時(shí)間附加分，給分規(guī)則如下：

（1）只有已完成1檔功能的學(xué)生才有獲得時(shí)間附加分的資格。

（2）時(shí)間附加分的計(jì)算方法是：根據(jù)基本功能的完成時(shí)間，對(duì)所有符合資格的學(xué)生進(jìn)行排序（由快到慢），后將已排順序?qū)W生均分為10組，每組學(xué)生獲得相同加分。其中，0組對(duì)應(yīng)于完成最快的學(xué)生，給附加分9分；1組其次，但附加分減為8分；依次類推，第9組附加分為0。

（3）要求：人數(shù) > 分組數(shù)。

3.報(bào)告修正分（Correction score，CS）。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是對(duì)課程設(shè)計(jì)的要求、設(shè)計(jì)方案、問題解決等方面的匯總，完成報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)合格的必要條件，即學(xué)生如果沒有提交報(bào)告，則最后總分為0。報(bào)告有其規(guī)范性，如內(nèi)容完整（包含封面、目錄、參考文獻(xiàn)等）、版面條理、清楚、整齊、字跡工整、作圖清晰、正確、結(jié)果分析可靠等。教師主要依據(jù)這些規(guī)范給予報(bào)告修正分。如果沒有違反任何規(guī)范，則不扣分，CS記為0。如果違反相關(guān)規(guī)范，則酌情扣分。因此，CS為負(fù)數(shù)。

綜合基本分?jǐn)?shù)、時(shí)間附加分和報(bào)告修正分，一個(gè)學(xué)生最終的設(shè)計(jì)成績(jī)（Final score，F(xiàn)S）可由以下公式計(jì)算得到：

FS=BS+AS+CS

三、結(jié)語(yǔ)

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣與指導(dǎo)教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)師、硬件環(huán)境等多種因素有關(guān)。既有客觀條件的約束，又有主觀方面的原因。本文針對(duì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)的實(shí)際問題，提出了一些改革建議，其中一些方案具有普遍適用性，可供其他院校參考。本文通過科學(xué)的分析與討論，提出了可行的改革方案，以提高數(shù)字電路課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新力。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋偉，朱幼蓮.“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索[J].江蘇常州：江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（8）：70-73.

[2]莫琳.數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].北京：中國(guó)電力教育，2013（14）：122-123.