數(shù)字電路教學(xué)中的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

李敏

[摘 要]培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是現(xiàn)代教育的主要任務(wù)。文章結(jié)合數(shù)字電路課程的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)字電路課程的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，認(rèn)為實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要重點(diǎn)從理論教學(xué)抓起，并從教師專業(yè)素質(zhì)、教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施等方面提出了改革的措施。

[關(guān)鍵詞]實(shí)踐創(chuàng)新；數(shù)字電路；理論教學(xué)；改革

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）10-0109-03

○、引言

數(shù)字電路課程是電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標(biāo)在于使學(xué)生掌握數(shù)字集成電路的應(yīng)用，具有分析、設(shè)計(jì)電路并利用其解決實(shí)際問題的能力。數(shù)字電路課程理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中困惑于這門技術(shù)是如何應(yīng)用于實(shí)際生活的[1]；同時(shí)由于其技術(shù)更新較快，就適合用于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力主要依靠數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，但是效果往往不夠理想。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力必須從課程的理論教學(xué)部分抓起，才會(huì)起到事半功倍的效果。如今，數(shù)字電路理論教學(xué)大都存在著如下的問題。首先，教學(xué)內(nèi)容缺乏實(shí)踐性[2]。數(shù)字電路相關(guān)教材仍然以基礎(chǔ)知識(shí)為主，這就使理論教學(xué)的重心在于基本邏輯關(guān)系、基本器件工作原理的講解，而與實(shí)際相關(guān)的內(nèi)容主要依靠教師的擴(kuò)展補(bǔ)充，這對(duì)教師的實(shí)踐能力要求較高。數(shù)字電路作為專業(yè)基礎(chǔ)課，其任課教師大都為基礎(chǔ)教研室教師，這類教師為教學(xué)型教師，實(shí)踐的更新?lián)Q代能力是其短板，技術(shù)更新慢難免導(dǎo)致擴(kuò)展面不足。其次，傳統(tǒng)授課方式課堂效果差[2]。數(shù)字電路課以板書附加多媒體的教學(xué)形式為主，且一般授課班型較大，課堂的教學(xué)過程以教師講授為主，師生間互動(dòng)形式及互動(dòng)范圍有限，因而課堂單調(diào)乏味，教學(xué)效果不佳。再次，傳統(tǒng)的考核方式是平時(shí)考核加期末閉卷考試，其中以閉卷考試為主。教學(xué)工作者雖然已經(jīng)從多方面進(jìn)行教學(xué)改革，并取得了一些成果，但在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生實(shí)踐能力等方面還有很多改進(jìn)的地方，結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)踐筆者對(duì)此做了如下探討。

一、加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

俗話說，“打鐵先要自身硬”，若要提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，首要任務(wù)是提高任課教師的專業(yè)素質(zhì)及綜合能力。

（一）更新思想觀念，實(shí)現(xiàn)角色轉(zhuǎn)變

改變傳統(tǒng)的教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的固有角色定位，淡化教師的“教”，強(qiáng)化學(xué)生的“學(xué)”，讓學(xué)生在課堂中發(fā)揮主體地位。教師進(jìn)行方向性指導(dǎo)，同時(shí)尊重學(xué)生與眾不同的想法，對(duì)其創(chuàng)新之處給予積極的回應(yīng)。教師要明白自己不是學(xué)生唯一的知識(shí)來源，只是學(xué)習(xí)過程的組織者和引導(dǎo)者。教育的過程，也是教師反思學(xué)習(xí)的過程，因此教育的過程力爭在師生之間建立一種平等、和諧、民主的相互學(xué)習(xí)氛圍。這種轉(zhuǎn)變對(duì)教師的業(yè)務(wù)能力和敬業(yè)精神提出了更高的要求，教師必須在知識(shí)面、理論水平、認(rèn)識(shí)水平、洞察問題的能力等方面具備較高的修養(yǎng)。因此教師需要定期對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行梳理，將教學(xué)內(nèi)容去理論化、具體化、實(shí)踐化；同時(shí)充分利用資源共享這一有利條件，與業(yè)內(nèi)技術(shù)前沿接軌，建立本領(lǐng)域的知識(shí)庫平臺(tái)。

（二）提高業(yè)務(wù)能力，打造教學(xué)團(tuán)隊(duì)

高水平的教師隊(duì)伍是良好教學(xué)效果的有力保障，必須重視教師隊(duì)伍的培養(yǎng)與交流。首先，加強(qiáng)教師的進(jìn)修學(xué)習(xí)和院校間的合作交流，讓教師開闊視野，吸取有益的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)教學(xué)。其次，加強(qiáng)校內(nèi)各部門、院系間的溝通與交流，定期組織教學(xué)研討，分享教學(xué)心得，定期組織教學(xué)大練兵，發(fā)揮業(yè)務(wù)骨干的示范帶頭作用。再次，加大對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的政策扶持力度，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)，鼓勵(lì)提升學(xué)歷，支持基礎(chǔ)課教師參加各類比賽、競賽，通過指導(dǎo)各類實(shí)踐活動(dòng)，提高教師的實(shí)踐能力，加快技術(shù)更新速度。最后，注意強(qiáng)化基礎(chǔ)課教師的科研意識(shí)，提高科研能力。把握學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，參加國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議，關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域最新發(fā)表的期刊論文，瀏覽學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)網(wǎng)站等，積極參與團(tuán)隊(duì)合作、交流，營造良好的學(xué)術(shù)氛圍，最終建設(shè)一支業(yè)務(wù)素質(zhì)過硬、教學(xué)熱情高漲的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

二、更新教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)過程中，改變重理論、輕實(shí)踐的理論課堂教學(xué)思路。首先，為了解決學(xué)時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，需要精簡教學(xué)內(nèi)容。在注意知識(shí)點(diǎn)連續(xù)性的前提下，可適當(dāng)減少課程基本定理、定律及公式的理論推導(dǎo)、計(jì)算等內(nèi)容的講解，讓學(xué)生知道有這些定理、定律存在并理解它們的應(yīng)用即可。其次，為解決教學(xué)過程的形式化與教學(xué)效果不盡如人意的矛盾，給予教師較大的發(fā)揮空間，從教材、教學(xué)大綱等固有的學(xué)時(shí)分配等框架中脫離出來，在保證教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的前提下，允許教師靈活地安排教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程。再次，為了解決教材更新慢與技術(shù)更新快之間的矛盾，教師應(yīng)將基本理論部分節(jié)省出來的時(shí)間用于進(jìn)行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐拓展、實(shí)例展示及講解。例如在講授邏輯關(guān)系內(nèi)容時(shí)，可以演示密碼鎖的工作原理；單穩(wěn)態(tài)電路部分，可以演示樓道聲控?zé)舻慕Y(jié)構(gòu)、原理；多諧振蕩電路部分，可以演示救護(hù)車高低音警報(bào)電路和防盜報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)、原理，等等。這樣的理論教學(xué)內(nèi)容，必然能更好地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在課堂上實(shí)現(xiàn)理論向?qū)嶋H的過渡，而不是將這個(gè)任務(wù)全部交給實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)去完成。

三、改進(jìn)教學(xué)方式

EDA技術(shù)是指設(shè)計(jì)者利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造不可缺少的技術(shù)。EDA技術(shù)的出現(xiàn)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場革命，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。借助于EDA技術(shù)，可以使數(shù)字電路的課程教學(xué)更豐富多彩[3]，同時(shí)有利于將項(xiàng)目教學(xué)法引入課堂教學(xué)[4]，可以較大幅度地改變固有的教學(xué)模式。

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)角色

利用EDA軟件可以生動(dòng)地演示實(shí)際電路的功能及效果，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。更為重要的是，課堂上EDA軟件的應(yīng)用，可以豐富師生間的互動(dòng)方式，提高教學(xué)角色轉(zhuǎn)變的效率。例如，對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂這一角色互換環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的互動(dòng)內(nèi)容，學(xué)生主要是對(duì)基本的理論進(jìn)行講解，最多是通過查閱資料來豐富講解的內(nèi)容，基本的板書及多媒體的講解方法，可以在一定程度上鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力，但這種互動(dòng)方法占用課堂時(shí)間較多，學(xué)生參與度較低。引入EDA技術(shù)后，可以將互動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行提升，將相對(duì)乏味的基本理論全部留給教師來講解，要求學(xué)生根據(jù)知識(shí)點(diǎn)查找資料，確定與此知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用電路，設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，搭建仿真電路，在課堂上進(jìn)行演示并講解。這個(gè)過程提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，每名學(xué)生實(shí)際占用的課堂時(shí)間明顯縮短，從而有利于提高學(xué)生的參與程度，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高課堂效果。

（二）實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法

借助于EDA技術(shù)，可以使數(shù)字電路課程的“功能擴(kuò)展性項(xiàng)目教學(xué)”得以有效開展。在課程初期，教師就可以布置與實(shí)際生活相關(guān)的電路設(shè)計(jì)任務(wù)，規(guī)定基本的電路功能，由學(xué)生自主查閱資料，教師輔助確定最終實(shí)施方案。隨著課程實(shí)施方案逐步推行，教師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)，擴(kuò)展所設(shè)計(jì)任務(wù)的功能，并引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新電路的功能。當(dāng)本門課程結(jié)課時(shí)，學(xué)生的設(shè)計(jì)任務(wù)也基本完成。這樣帶著目的去聽課，學(xué)生面對(duì)的不再是單調(diào)的芯片功能和結(jié)構(gòu)的介紹，而是一個(gè)可以解決他所面對(duì)的實(shí)際問題的器件。同時(shí)，完成一個(gè)具體的實(shí)際電路的設(shè)計(jì)過程，學(xué)生的實(shí)踐能力也必然提高。以“四路競賽搶答器”為例，當(dāng)講授完組合電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容后，教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)基本的搶答裝置，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)的電路可以實(shí)現(xiàn)搶答的功能，但是無法實(shí)現(xiàn)信號(hào)保持的能力；當(dāng)講授完觸發(fā)器的內(nèi)容后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展設(shè)計(jì)的搶答裝置具有信號(hào)保持的能力，復(fù)位等功能的實(shí)現(xiàn)也更加簡便；當(dāng)講授完計(jì)數(shù)器的內(nèi)容后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在原有電路的基礎(chǔ)上，搶答器可以具有計(jì)時(shí)搶答的功能，配合數(shù)碼顯示器件，就可以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示的效果；當(dāng)講授完振蕩電路內(nèi)容后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)此時(shí)電路工作的時(shí)鐘信號(hào)也是由自己設(shè)計(jì)的電路來實(shí)現(xiàn)，不必使用信號(hào)發(fā)生器這樣的器件。至此，一個(gè)基本完整的搶答器設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，這樣通過逐步擴(kuò)展搶答器的功能，不僅會(huì)加深學(xué)生對(duì)各個(gè)單元器件的理解，同時(shí)使學(xué)生了解并掌握了設(shè)計(jì)的過程，提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（三）靈活應(yīng)用教學(xué)方法

在教學(xué)過程中，為達(dá)到最理想的講授效果，需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，從傳統(tǒng)的教學(xué)方法如提問式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、研討式教學(xué)、對(duì)比式教學(xué)等中，選擇能發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性及創(chuàng)造性的教學(xué)方法，引導(dǎo)其將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來。例如講解二值邏輯的概念問題時(shí)，可以采取提問式教學(xué)，讓學(xué)生舉出生活當(dāng)中的二值實(shí)例；在區(qū)分組合電路與時(shí)序電路的特點(diǎn)時(shí)，對(duì)比式教學(xué)更能對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分，找出它們的共性與個(gè)性，有利于區(qū)分不同的知識(shí)點(diǎn)；在介紹電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)，研討式教學(xué)能調(diào)動(dòng)學(xué)生的熱情，讓學(xué)生討論各自方案的特點(diǎn)，最后再由教師進(jìn)行總結(jié)，這樣的過程，學(xué)生必然理解得更深刻。總之，必須對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，將各種方法靈活應(yīng)用于課堂，才會(huì)取得良好的教學(xué)效果。

四、拓展課外教學(xué)活動(dòng)

由于課堂上的教學(xué)時(shí)間十分有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)需求，為了進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力，必須加強(qiáng)實(shí)際演練，因此課外教學(xué)活動(dòng)必不可少。

（一）指導(dǎo)學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

由于數(shù)字電路的特點(diǎn)，其實(shí)踐環(huán)節(jié)并不完全依賴于大型的測試、測量儀器，只需要購置一些電子器件、導(dǎo)線、電源、指示燈及常用阻值的電阻等即可，所以教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自己完成數(shù)字電路邏輯平臺(tái)制作。這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作不僅可以鍛煉學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，而且可以為學(xué)生提供便捷的電路設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證的調(diào)試，必然會(huì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）組織電子設(shè)計(jì)競賽

在整個(gè)數(shù)字電路的教學(xué)過程中，教師可以組織兩次小規(guī)模的電子設(shè)計(jì)比賽。學(xué)生可以分組進(jìn)行，相互之間進(jìn)行研究、討論，自由發(fā)揮與創(chuàng)造。教師負(fù)責(zé)進(jìn)行理論內(nèi)容的指導(dǎo)，學(xué)生可以借助于自己制作的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證，或者借助于EDA技術(shù)進(jìn)行功能驗(yàn)證。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)的學(xué)生，教師根據(jù)設(shè)計(jì)方案、總結(jié)報(bào)告、實(shí)物演示等進(jìn)行成績的評(píng)定，優(yōu)秀的給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。這樣的過程具有一定的挑戰(zhàn)性且非常有趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高，其實(shí)踐動(dòng)手能力也會(huì)明顯提高。

（三）打造全天候課堂

每周一至兩次的課堂教學(xué)，無法滿足師生之間的溝通需求。缺少了教師的監(jiān)管，學(xué)生難免會(huì)產(chǎn)生惰性，如果不能及時(shí)對(duì)學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固復(fù)習(xí)，不能對(duì)新知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提前預(yù)習(xí)，就會(huì)導(dǎo)致問題越堆積越多，久而久之學(xué)生對(duì)課程就會(huì)出現(xiàn)反感的情緒。在這個(gè)現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)的時(shí)代，利于多種渠道建立師生間的雙向溝通交流平臺(tái)，比如QQ群、微信群、Email、論壇、專業(yè)博客、微課、視頻、共享資料等。對(duì)于性格外向的學(xué)生，適合采用群聊的方式進(jìn)行溝通，而對(duì)于性格內(nèi)向的學(xué)生，則更適合采用私信等方式進(jìn)行交流?？傊?，采用學(xué)生更愿意接受的方式，加強(qiáng)師生之間、學(xué)生之間的課下互動(dòng)，便于學(xué)生間、師生間開展有效的研討，也便于教師進(jìn)行指導(dǎo)、答疑、督促。這種全天候課堂的打造，必將使課程的教學(xué)效果更上一層樓。

五、改進(jìn)考核方式

傳統(tǒng)的考核方式是平時(shí)成績加期末閉卷考試，而平時(shí)成績由出勤、作業(yè)、測試等內(nèi)容構(gòu)成，學(xué)生之間的區(qū)分度不大，最終區(qū)分學(xué)生成績的是期末考試的分?jǐn)?shù)。為了合理地考核學(xué)生的實(shí)踐能力，必須改變“一張卷子定生死”的考核模式。一方面，減小閉卷考試的比重并調(diào)整試題類型，試題類型應(yīng)為常規(guī)的填空、選擇、判斷及計(jì)算等，這類題型可以對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度進(jìn)行相對(duì)比較準(zhǔn)確的衡量。另一方面，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的考核重點(diǎn)在于平時(shí)的教學(xué)過程及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。為了刺激、鼓勵(lì)學(xué)生參與師生互動(dòng)及項(xiàng)目作業(yè)的參與度，需要加大平時(shí)考核的比重，平時(shí)考核的內(nèi)容也應(yīng)添加上實(shí)例講解、項(xiàng)目作業(yè)、電子競賽等項(xiàng)目，并采取答辯的形式進(jìn)行成績的評(píng)定。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要考查學(xué)生的動(dòng)手能力，根據(jù)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力以及電路故障處理、調(diào)試能力等多方面進(jìn)行綜合的評(píng)定。

實(shí)踐能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成，也不是單純一門課程就能達(dá)到令人滿意的效果，這需要各門課程的有效配合。對(duì)于教學(xué)過程中出現(xiàn)的各類問題、現(xiàn)象，必須進(jìn)行深入的思考，靈活應(yīng)對(duì)，并整理出行之有效的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)師生共同成長。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 楊曉敏.《數(shù)字電子技術(shù)》的課程特點(diǎn)與教學(xué)改革措施[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2011（4）：52-53.

[2] 張巍，張強(qiáng).藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)英語的教學(xué)研究[J].大學(xué)教育，2017（8）：131-132.

[3] 倪德克，師亞莉.EDA技術(shù)在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革中的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2016（4）：118-119.

[4] 姜春艷.項(xiàng)目教學(xué)法在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的研究與實(shí)踐[J].中國電力教育，2010（35）：51-52.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]