數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革研究

金勇 郭睿杰 胡振濤 周林 李軍偉

摘? 要：為了響應(yīng)全國高等學(xué)校本科教育工作會議上給出的工作指示，順應(yīng)河南大學(xué)“一流學(xué)科”建設(shè)的任務(wù)。本文結(jié)合實(shí)際對當(dāng)前的數(shù)字電子技術(shù)課程做了科學(xué)的分析與梳理，剖析了當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)課程存在的問題，進(jìn)而提出相應(yīng)的課程改革方案與具體實(shí)施計(jì)劃，為河南大學(xué)控制人才的培養(yǎng)提供合理化建議，更好地服務(wù)于河南省的基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)事業(yè)。

關(guān)鍵詞：河南大學(xué)? 數(shù)字電子技術(shù)? 科學(xué)教學(xué)? 教學(xué)改革

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（a）-0123-03

Research on the Teaching Reform of Digital Electronic Technology Course

——Taking Henan University as an Example

JIN Yong? GUO Ruijie*? HU Zhentao? ZHOU Lin? LI Junwei

（College of Artificial Intelligence， Henan University， Kaifeng， Henan Province， 475004? China）

Abstract： In order to respond to the work instructions given in the National Undergraduate Education Conference and comply with the task of "first-class discipline" construction of Henan University. This paper makes a scientific analysis and combing of the current digital electronic technology curriculum， analyzes the problems existing in the current digital electronic technology curriculum， and then puts forward the corresponding curriculum reform scheme and specific implementation plan. Provide reasonable suggestions for the training of control talents in Henan University， better serve the cause of basic research and talent training in Henan Province.

Key Words： Henan University; Digital electronics technology; Scientific teaching; Teaching reform

1? 河南大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)置目的

2018年，教育部黨組書記、部長陳寶生明確指出“人才培養(yǎng)是大學(xué)的本質(zhì)職能，本科教育是大學(xué)的根和本”[1]強(qiáng)調(diào)了本科教育在高等教育中的戰(zhàn)略地位。河南大學(xué)于2017年入選“一流學(xué)科”建設(shè)高校，翻開了事業(yè)發(fā)展的嶄新篇章，也對本科人才的培養(yǎng)提出了更高的要求[2]。課程設(shè)置和課程教學(xué)是本科教育最基礎(chǔ)組成部分，有傳授知識、啟迪智慧、潤澤心田重要作用。

數(shù)字電子技術(shù)為自動化專業(yè)的一門硬件基礎(chǔ)課程，該課程設(shè)置目的為讓學(xué)生掌握數(shù)字系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)的基本知識，為后繼課程如《微機(jī)原理與接口》及《嵌入式接口原理及技術(shù)》等作知識儲備和鋪墊。該課程具有內(nèi)容量大、知識面廣、邏輯學(xué)與模擬電子技術(shù)背景交叉等特點(diǎn)[3]。特別是隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)與手段的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析的方法和手段在不斷變革，如何結(jié)合河南大學(xué)控制學(xué)科人才培養(yǎng)目的，不斷調(diào)整數(shù)字電子技術(shù)課程的知識內(nèi)容及教學(xué)方法，為后繼課程的順利開展服務(wù)，并對以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣是一個需要認(rèn)真研究的課題[4]。

2? 數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

數(shù)字電子技術(shù)為河南大學(xué)自動化專業(yè)本科傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程，主要介紹數(shù)字器件的工作原理、數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法，其先修課程為電路及模擬電路，在第四學(xué)期開設(shè)。教學(xué)效果如表1所示。

首先，該課程兼具布爾代數(shù)和模擬電子技術(shù)交叉知識，要求學(xué)生先修電路分析和模擬電子技術(shù)兩門電學(xué)課程，并且在講授時(shí)還要引入布爾代數(shù)等相關(guān)數(shù)學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而才能在此基礎(chǔ)進(jìn)行嚴(yán)密而完整的論述，而常規(guī)教材章節(jié)設(shè)計(jì)完全將布爾代數(shù)與數(shù)字器件知識分開講解，學(xué)生理解存在困難。其次，該課程涉及數(shù)字系統(tǒng)基礎(chǔ)器件原理及數(shù)字系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)，上述相關(guān)內(nèi)容為電子信息領(lǐng)域發(fā)展最活躍、最迅速的方向，書本知識難以與領(lǐng)域最新進(jìn)展完全匹配[5]。最后，課程涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新?lián)Q代很快，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅能進(jìn)行器件原理級別實(shí)驗(yàn)，無法滿足數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求。進(jìn)一步，上述3個特點(diǎn)并非孤立存在，它們相互耦合互為因果，造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難。

因此，有必要對該課程的教學(xué)過程、教學(xué)設(shè)計(jì)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行綜合改革，以期有效解決因數(shù)學(xué)基礎(chǔ)缺乏、物理背景復(fù)雜及課程學(xué)時(shí)較短帶來的學(xué)生學(xué)習(xí)困難，提高本科生的科技創(chuàng)新能力，為河南大學(xué)“雙一流建設(shè)”及河南省信息學(xué)科的人才培養(yǎng)服務(wù)。

3? 實(shí)施方案及實(shí)施計(jì)劃

基本改革路線分為現(xiàn)狀分析、問題定位、原因分析及方案策略4個階段[6]。經(jīng)過近10年的教學(xué)積累，現(xiàn)狀分析階段及問題定位階段已基本結(jié)束。目前通過教學(xué)中存在的問題進(jìn)行梳理，并從中抽象出擬解決的關(guān)鍵問題如下所示。

（1）如何將電學(xué)知識與布爾代數(shù)知識在課程設(shè)計(jì)及課堂講授方面準(zhǔn)確融合。

（2）如何依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的最新進(jìn)展，改革教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。

（3）如何針對實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊問題，采用視頻、仿真及硬件自主設(shè)計(jì)等手段，完成課程實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

針對上述關(guān)鍵問題，確立研究內(nèi)容簡述如下。

通過教學(xué)大綱結(jié)構(gòu)及授課順序調(diào)整，課程結(jié)構(gòu)增、剪、裁，實(shí)驗(yàn)改革等技術(shù)路線，探索采用課程準(zhǔn)備、課堂講授、課程作業(yè)等教學(xué)手段，實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)手段和過程性評價(jià)等成績評價(jià)手段解決上述關(guān)鍵問題的方法。課程改革實(shí)施方案和方法如圖1所示。課程改革預(yù)期經(jīng)過2年完成，具體實(shí)施細(xì)則，如表2所示。

4? 可行性分析

項(xiàng)目主持人教學(xué)方面長期從事本科生、研究生教學(xué)工作，曾獲首屆全國高校教師技能競賽三等獎（河南省工科組唯一獲獎選手）和河南省高校青年骨干教師稱號，并曾任河南省高校教師資格考試面試專家。截至目前，主持校教改重點(diǎn)項(xiàng)目、一般項(xiàng)目各一項(xiàng);發(fā)表教改論文多篇，主講本課程《數(shù)字電子技術(shù)》《信號與系統(tǒng)》，學(xué)生評教連年優(yōu)秀。科研方面，一直從事數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)研究工作，主持相關(guān)國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)（NSFC—河南人才培育項(xiàng)目1項(xiàng)，面上項(xiàng)目1項(xiàng)），發(fā)表研究論文20余篇。項(xiàng)目第一參與人教學(xué)方面長期從事本科生、研究生教學(xué)工作，曾獲河南省高校青年骨干教師稱號，并曾任河南省高校教師資格考試面試專家。截至目前，主持校教改重點(diǎn)項(xiàng)目、一般項(xiàng)目各一項(xiàng);發(fā)表教改論文多篇，主講本科生課程，學(xué)生評教連年優(yōu)秀?？蒲蟹矫?，項(xiàng)目第一參與人長期從事非線性控制研究工作，獲河南省科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)（第三參與人），主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)研究論文10余篇。

項(xiàng)目依托計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院和河南省大數(shù)據(jù)分析與處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展，計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)、信息安全及自動化四個本科專業(yè);計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，控制科學(xué)與工程兩個一級碩士學(xué)位授予點(diǎn)，軟件工程一級博士學(xué)位授予點(diǎn)。河南省大數(shù)據(jù)分析與處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有遙感大數(shù)據(jù)處理與分析、智慧交通大數(shù)據(jù)處理、教育大數(shù)據(jù)分析與輔助決策3個方向的大數(shù)據(jù)研究。充分利用我省超大規(guī)模遙感、交通、教育數(shù)據(jù)資源，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智慧交通、政府教育決策和社會需求提供大數(shù)據(jù)分析服務(wù)。目前，實(shí)驗(yàn)室面積1000余m2，主要儀器設(shè)備近200臺，總價(jià)值500多萬元。具備各研究方向開展科研工作所需的軟、硬件環(huán)境。

5? 結(jié)語

河南大學(xué)本科課程教學(xué)改革初衷為響應(yīng)國家重視本科基礎(chǔ)教育要求，依托教師的教研、科研積累，從課程在人才培養(yǎng)中的定位及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的進(jìn)展出發(fā)，對課程當(dāng)前存在的問題進(jìn)行糾偏，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與批判思維。針對上述問題，從關(guān)鍵技術(shù)路線入手，通過課程準(zhǔn)備、課堂講授、課程作業(yè)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及成績評價(jià)等教學(xué)手段的改革，探索上述問題的解決方法，具有較大意義，研究結(jié)果不僅可應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)，還對其他課程教學(xué)具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳寶生.堅(jiān)持“以本為本”推進(jìn)“四個回歸” 建設(shè)中國特色、世界水平的一流本科教育[J].時(shí)事報(bào)告（黨委中心組學(xué)習(xí)），2018（5）：18-30.

[2] 李夢楠.中西部地方高校建設(shè)“世界一流學(xué)科”研究[D].鄭州：河南大學(xué)，2020.

[3] 田麗娜，李敏，劉紹麗.淺談數(shù)字電子技術(shù)課程能力導(dǎo)向?qū)嵺`教學(xué)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16 （36）：102-103.

[4] 胡家俊，王一波，黃宜軍.理工科專業(yè)課教學(xué)的課程思政研究[J].輕工科技，2021，37（3）：185-186，188.

[5] 劉佳.科技史的思想政治教育功能研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2020.

[6] 郭艷平.數(shù)字電子技術(shù)課程“一體化，三階梯”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2021，29（2）：117-118，157.