工程教育專業(yè)認證背景下數(shù)字電子技術(shù)課程改革探索與實踐—以倒計時交通燈項目設計為例

劉小虎，邢靜

（西安培華學院智能科學與信息工程學院，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證專業(yè)的畢業(yè)生可以得到協(xié)議會員國之間的學位互認。工程教育專業(yè)認證，首先強調(diào)以學生為中心，將學生和用人單位滿意度作為評價參考依據(jù)，另外，以學生的學習成果為導向來進行專業(yè)教學設計，然后還要通過有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)跟蹤改進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)開設的專業(yè)核心基礎課的教學工作提出了更高的要求。同時，數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的設計方法及設計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內(nèi)容、教學方法和教學手段上進行改革。

1 教學改革理念和改革措施

按照工程教育專業(yè)認證的基本理念，突出以學生為中心，教師為主導的教學模式，設計以完成真實項目任務為目標的教學過程，通過引出若干個生動真實的項目案例來吸引學生，引導學生想完成這些項目任務，需要掌握哪些知識點[2]。使教學過程變成一個生動的從感性認識到理性教學、到再感性、再回歸理性教學的理論實踐緊密結(jié)合的教學過程[3]。感性教學的實施先于理論教學，在開始理論教學之前，請學生到實驗室來認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，并通過感性教學錄像和實驗演示等多種形式，使學生了解數(shù)字電子技術(shù)在日常生活中的主要應用，激發(fā)學生的學習興趣；理論教學階段的重點是讓學生掌握基本理論知識和基本技能，同時加強對學生能力的培養(yǎng)；綜合提高階段的教學形式為實驗教學和課程設計，即學生進行實戰(zhàn)演練，教學重點是學生已經(jīng)掌握了基本理論知識和基本技能，此時主要加強對學生動手能力的培養(yǎng)[4]。教學過程設計及教學單元設計見圖1和圖2。

圖1 理論實踐相結(jié)合的教學過程設計

圖2 教學單元設計

2 以倒計時交通燈設計為例的教學過程設計和教學單元展示

■2.1 任務引入

首先任課教師會展示倒計時交通燈的實物，并簡單介紹交通燈在生活中的重要性，并引導學生如何利用數(shù)字電子技術(shù)知識來設計一個純數(shù)字電路的倒計時交通燈，激發(fā)學生興趣，調(diào)動學生的積極性。見圖3。

圖3 倒計時交通燈實物展示

然后演示一個優(yōu)秀學長在老師的指導下，自己認真鉆研，并對倒計時交通燈進行技術(shù)改進，設計的一個新的倒計時交通燈作品，見圖4。通過演示，讓學生有了更深的感性認識，進一步激發(fā)學生的挑戰(zhàn)欲，為后續(xù)的學習奠定基礎。

圖4 電路設計PCB三維效果圖

最后給出本項目任務具體的設計要求：采用數(shù)字電路實現(xiàn)了20秒倒計時功能，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。

■2.2 理論知識講解

（1）教師引導學生分析設計任務，分解若干個子任務模塊。見圖5。

圖5 倒計時交通燈組成方框圖

（2）根據(jù)設計要求，由老師來引導學生進一步分解任務。見表1。

表1 解后的子任務模塊及需要掌握的知識點和技能點

（3）讓同學們充分利用豐富的校內(nèi)及校外網(wǎng)絡資源和精品課程等來進行人物設計所需知識點和技能點得學習[5]，見圖6。

圖6 校內(nèi)及校外網(wǎng)絡學習資源

■2.3 動手實操

（1）在理論學習的基礎上進行電路設計的仿真分子和驗證，見圖7。

圖7 電路設計仿真

（2）在開放實驗室進行實際電路的焊接操作和測試，見圖8。

圖8 驗室實物焊接測試

■2.4 知識深化

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

■2.5 任務完成后總結(jié)點評

根據(jù)項目任務的完成情況進行考核打分，讓學生在此過程中梳理思路，鞏固知識，查漏補缺。同時還鍛煉的學生的語言表達能力和邏輯思維能力，見表2。

表2 項目考核表

小組匯報和展示 匯報條理清晰，作品實現(xiàn)設計功能 20%設計報告 規(guī)范撰寫設計報告 20%總分 100

■2.6 任務拓展

給學習進度及學習能力較強的學生留出拓展空間，進一步提高學生們的學習能力：如何實現(xiàn)智能交通燈的設計？根據(jù)車流、人流情況調(diào)整紅綠燈的切換時間。

3 教學效果

在學校的大力支持下，經(jīng)過近幾年的教學改革，學生們的學習興趣明顯增強，學習熱情大漲，麥可思第三方評價也顯示，學生們對課程滿意度提高。同時，同學們參加全國大學生電子設計競賽的積極性大大提高，參賽隊伍和獲獎隊伍也是連續(xù)增長，教學效果良好，見圖9。

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

4 總結(jié)

在工程教育認證背景下，積極推動數(shù)字電子技術(shù)這門傳統(tǒng)課程的教學改革，以學生為中心，以學習成果為導向，并持續(xù)改進，提高課程的教學質(zhì)量和教學效果。經(jīng)過教學實踐證明，數(shù)字電子技術(shù)這門課程教學改革效果良好，并同時實現(xiàn)了：（1）理實一體化教學實一體教學：通過任務陳述、知識點講解、教師示范、指導練習和點評。（2）項目驅(qū)動教學：通過項目對涉及的知識點進行鞏固和應用，通過動手實踐加強分析問題和解決問題的能力。（3）以賽促學：鼓勵同學們參加校內(nèi)外專業(yè)相關的各種比賽，通過大賽來鞏固和檢驗所學知識，在大賽中鍛煉，同時也能激發(fā)同學們的創(chuàng)新精神。