工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下數(shù)字電子技術(shù)課程改革探索與實(shí)踐—以倒計(jì)時(shí)交通燈項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例

劉小虎，邢靜

（西安培華學(xué)院智能科學(xué)與信息工程學(xué)院，陜西西安，710125）

0 引言

中國于2016年正式加入《華盛頓協(xié)議》成為正式會員，這意味著通過工程教育認(rèn)證專業(yè)的畢業(yè)生可以得到協(xié)議會員國之間的學(xué)位互認(rèn)。工程教育專業(yè)認(rèn)證，首先強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，將學(xué)生和用人單位滿意度作為評價(jià)參考依據(jù)，另外，以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向來進(jìn)行專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)，然后還要通過有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)跟蹤改進(jìn)效果來提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。

在此背景下，對數(shù)字電子技術(shù)這一門電子信息類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心基礎(chǔ)課的教學(xué)工作提出了更高的要求。同時(shí)，數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段也在不斷演化和發(fā)展。這都迫使我們需要不斷在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行改革。

1 教學(xué)改革理念和改革措施

按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理念，突出以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，設(shè)計(jì)以完成真實(shí)項(xiàng)目任務(wù)為目標(biāo)的教學(xué)過程，通過引出若干個生動真實(shí)的項(xiàng)目案例來吸引學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生想完成這些項(xiàng)目任務(wù)，需要掌握哪些知識點(diǎn)[2]。使教學(xué)過程變成一個生動的從感性認(rèn)識到理性教學(xué)、到再感性、再回歸理性教學(xué)的理論實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)過程[3]。感性教學(xué)的實(shí)施先于理論教學(xué)，在開始理論教學(xué)之前，請學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室來認(rèn)識常用的電子元器件、數(shù)字集成芯片等，了解常用電子儀器的使用，并通過感性教學(xué)錄像和實(shí)驗(yàn)演示等多種形式，使學(xué)生了解數(shù)字電子技術(shù)在日常生活中的主要應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；理論教學(xué)階段的重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握基本理論知識和基本技能，同時(shí)加強(qiáng)對學(xué)生能力的培養(yǎng)；綜合提高階段的教學(xué)形式為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，即學(xué)生進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，教學(xué)重點(diǎn)是學(xué)生已經(jīng)掌握了基本理論知識和基本技能，此時(shí)主要加強(qiáng)對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)[4]。教學(xué)過程設(shè)計(jì)及教學(xué)單元設(shè)計(jì)見圖1和圖2。

圖1 理論實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)過程設(shè)計(jì)

圖2 教學(xué)單元設(shè)計(jì)

2 以倒計(jì)時(shí)交通燈設(shè)計(jì)為例的教學(xué)過程設(shè)計(jì)和教學(xué)單元展示

■2.1 任務(wù)引入

首先任課教師會展示倒計(jì)時(shí)交通燈的實(shí)物，并簡單介紹交通燈在生活中的重要性，并引導(dǎo)學(xué)生如何利用數(shù)字電子技術(shù)知識來設(shè)計(jì)一個純數(shù)字電路的倒計(jì)時(shí)交通燈，激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性。見圖3。

然后演示一個優(yōu)秀學(xué)長在老師的指導(dǎo)下，自己認(rèn)真鉆研，并對倒計(jì)時(shí)交通燈進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)的一個新的倒計(jì)時(shí)交通燈作品，見圖4。通過演示，讓學(xué)生有了更深的感性認(rèn)識，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)欲，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

最后給出本項(xiàng)目任務(wù)具體的設(shè)計(jì)要求：采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)了20秒倒計(jì)時(shí)功能，并且在紅綠燈變換3秒前有黃燈閃爍功能，能夠提醒車輛和行人注意，起到警示作用。

圖3 倒計(jì)時(shí)交通燈實(shí)物展示

圖4 電路設(shè)計(jì)PCB三維效果圖

■2.2 理論知識講解

（1）教師引導(dǎo)學(xué)生分析設(shè)計(jì)任務(wù)，分解若干個子任務(wù)模塊。見圖5。

圖5 倒計(jì)時(shí)交通燈組成方框圖

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由老師來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分解任務(wù)。見表1。

表1 解后的子任務(wù)模塊及需要掌握的知識點(diǎn)和技能點(diǎn)

圖6 校內(nèi)及校外網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源

（3）讓同學(xué)們充分利用豐富的校內(nèi)及校外網(wǎng)絡(luò)資源和精品課程等來進(jìn)行人物設(shè)計(jì)所需知識點(diǎn)和技能點(diǎn)得學(xué)習(xí)[5]，見圖6。

■2.3 動手實(shí)操

（1）在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的仿真分子和驗(yàn)證，見圖7。

圖7 電路設(shè)計(jì)仿真

（2）在開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路的焊接操作和測試，見圖8。

圖8 驗(yàn)室實(shí)物焊接測試

■2.4 知識深化

在實(shí)操過程中必然會遇到各種各樣的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納這些問題，結(jié)合所學(xué)知識點(diǎn)，并加以分析，然后提出問題的解決辦法，并進(jìn)行知識和能力的延伸和擴(kuò)展。

■2.5 任務(wù)完成后總結(jié)點(diǎn)評

根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)的完成情況進(jìn)行考核打分，讓學(xué)生在此過程中梳理思路，鞏固知識，查漏補(bǔ)缺。同時(shí)還鍛煉的學(xué)生的語言表達(dá)能力和邏輯思維能力，見表2。

表2 項(xiàng)目考核表

小組匯報(bào)和展示 匯報(bào)條理清晰，作品實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能 20%設(shè)計(jì)報(bào)告 規(guī)范撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 20%總分 100

■2.6 任務(wù)拓展

給學(xué)習(xí)進(jìn)度及學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生留出拓展空間，進(jìn)一步提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力：如何實(shí)現(xiàn)智能交通燈的設(shè)計(jì)？根據(jù)車流、人流情況調(diào)整紅綠燈的切換時(shí)間。

3 教學(xué)效果

在學(xué)校的大力支持下，經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)熱情大漲，麥可思第三方評價(jià)也顯示，學(xué)生們對課程滿意度提高。同時(shí)，同學(xué)們參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的積極性大大提高，參賽隊(duì)伍和獲獎隊(duì)伍也是連續(xù)增長，教學(xué)效果良好，見圖9。

圖9 近三年參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎情況統(tǒng)計(jì)（陜西省賽區(qū)）

4 總結(jié)

在工程教育認(rèn)證背景下，積極推動數(shù)字電子技術(shù)這門傳統(tǒng)課程的教學(xué)改革，以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并持續(xù)改進(jìn)，提高課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐證明，數(shù)字電子技術(shù)這門課程教學(xué)改革效果良好，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了：（1）理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)一體教學(xué)：通過任務(wù)陳述、知識點(diǎn)講解、教師示范、指導(dǎo)練習(xí)和點(diǎn)評。（2）項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)：通過項(xiàng)目對涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行鞏固和應(yīng)用，通過動手實(shí)踐加強(qiáng)分析問題和解決問題的能力。（3）以賽促學(xué)：鼓勵同學(xué)們參加校內(nèi)外專業(yè)相關(guān)的各種比賽，通過大賽來鞏固和檢驗(yàn)所學(xué)知識，在大賽中鍛煉，同時(shí)也能激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新精神。