數(shù)字電子電路課程群教學的改革與探索

◇武漢輕工大學 謝 妍 周 勁 康勝武 李素芬

依據(jù)工程教育認證要求，對電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)計劃中的數(shù)字電子電路課程群的教學進行了改革與探索。數(shù)字電子電路作為本專業(yè)的一個重要的課程體系，其對于本專業(yè)學生畢業(yè)能力的達成有著重要的貢獻。為此，本文從教學內(nèi)容的整合、知識的銜接及終身學習能力的培養(yǎng)等多方面，對數(shù)字電子電路課程群開展了相關的改革和探索。這是一個不斷優(yōu)化持續(xù)改進的過程，今后，我們將繼續(xù)開展改革與實踐，最終實現(xiàn)專業(yè)教育質(zhì)量的不斷提升。

1 引言

隨著我國加入《華盛頓協(xié)議》，具有國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認證工作就在全國高校各個專業(yè)火熱開展起來。工程教育專業(yè)認證的核心思想，就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準，是以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的一種合格性評價。因此，工程教育專業(yè)認證要求專業(yè)課程體系設置必須圍繞學生畢業(yè)能力達成的核心任務展開，并建立有持續(xù)反饋改進的機制，從而保證專業(yè)教育的質(zhì)量[1-2]。

從電氣工程及其自動化專業(yè)的相關培養(yǎng)要求來看，數(shù)字電子電路課程群涉及的課程體系主要包括有：數(shù)字電路、電子測試與實驗、電子實習、電子課程設計、專業(yè)實習、EDA技術、專業(yè)課程設計、畢業(yè)設計等。這些課程，不僅包含有本專業(yè)的工程基礎知識，也包括有知識的應用與實踐環(huán)節(jié)、理論的提升與應用環(huán)節(jié)，因此，數(shù)字電子電路課程群對學生畢業(yè)能力的達成有著重要的貢獻[3-5]。

在工程教育專業(yè)認證的大背景下，本文將認證的基本理念應用于數(shù)字電子電路課程群的教學改革，努力提高教學質(zhì)量，最終以達成培養(yǎng)學生能力的目標。

2 以能力培養(yǎng)和成果導向為目標的課程群體系的設置

根據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求，讓同學們具備本專業(yè)相應的畢業(yè)能力是我們的培養(yǎng)目標。為此，在專業(yè)課程的設置上，我們不僅要讓同學們掌握相應的一些理論知識，還要注重培養(yǎng)同學們的終身學習和靈活應用的能力，從而才能具備有與“解決電氣工程領域復雜工程問題”相匹配的能力。能力的培養(yǎng)是循序漸進的過程，而成果導向則是目標明確、內(nèi)容明確、可測可量的。在以成果導向為目標的課程教學過程中，逐步實現(xiàn)同學們能力的養(yǎng)成。

數(shù)字電子電路課程群以數(shù)字電子電路為對象，由淺入深，從工程基礎理論知識的學習到對復雜工程問題的解決，讓同學們能通過相關課程的學習獲得相應的能力。為此，我們的專業(yè)培養(yǎng)方案中，設置了相關的理論知識課程和實驗實踐環(huán)節(jié)。同學們用理論知識去解決實際問題，并通過實踐不斷鞏固和加深對理論知識的理解和深化，從而實現(xiàn)我們的以學習成果為導向的目的，并在此過程中培養(yǎng)學生的某些能力。

（1）理論課程設置。數(shù)字課程群的理論課程設置，主要包括數(shù)字電路、EDA技術這兩門課程。其中，數(shù)字電路課程，主要讓同學們掌握數(shù)字電子電路的一些基本理論和基礎知識，從而具備對中小規(guī)模的數(shù)字電子電路進行分析和設計的能力。主要知識內(nèi)容包括：掌握常用集成器件原理、符號、功能；掌握組合電路和時序電路的分析及設計方法，能實現(xiàn)對中規(guī)模集成電路為主組成的數(shù)字系統(tǒng)的分析和設計；掌握脈沖電路、模數(shù)-數(shù)模轉換電路、存儲器及可編程邏輯器件的原理及常用電路的設計；掌握基本的數(shù)字系統(tǒng)的設計方法；初步學習集成電路硬件描述語言Verilog HDL等。

EDA技術這門課程是在數(shù)字電路課程知識的基礎上，以大規(guī)?？删幊唐骷拈_發(fā)軟件為設計平臺，以計算機和可編程邏輯器件等數(shù)字電子電路為硬件載體，用HDL（Hardware Description Language，硬件描述語言）對系統(tǒng)邏輯關系進行表達，在軟件平臺上完成電路的邏輯編譯、邏輯仿真等，再通過對特定目標的編譯、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯映射、編程下載等，從而完成復雜數(shù)字電子電路的軟件設計到硬件實現(xiàn)的過程。課程的主要教學內(nèi)容包括：開發(fā)工具的學習使用；硬件描述語言的學習和應用；復雜數(shù)字電路的設計方法及其應用。由于該課程內(nèi)容既涉及到軟件，也涉及到硬件，因此知識的綜合面較廣，工程實踐性也較強。通過對課程的學習，能讓同學們較全面的掌握數(shù)字電子電路的工程理論知識和工程研究開發(fā)的思維及設計應用。結合前期的數(shù)字電路課程，EDA技術通過針對性的專業(yè)知識的理論學習和應用開發(fā)實例的設計，循序漸進，讓同學們能夠掌握數(shù)字電子電路的EDA設計方法，具備EDA技術的設計能力，這對同學們的工程能力的培養(yǎng)是非常重要的。

（2）實踐性環(huán)節(jié)設置。作為工程類的專業(yè)，理論知識最終必然會轉化為工程實踐內(nèi)容。因此，為滿足對理論知識的掌握、鞏固和靈活運用的要求，實驗實踐性環(huán)節(jié)就成為我們在學生能力培養(yǎng)過程中非常重要的且不可或缺的環(huán)節(jié)。

對基礎理論知識的學習，通過驗證性的實驗環(huán)節(jié)來鞏固，如電子測試與實驗、EDA技術課程實驗。而對于知識的深化理解和靈活運用，則開設了電子課程設計、專業(yè)課程設計等環(huán)節(jié)，基于恰當?shù)拈_發(fā)工具實現(xiàn)對數(shù)字電子電路的仿真、測試、分析和研究，實現(xiàn)對知識的深入理解和工程應用。結合數(shù)字電子電路應用的具有軟件硬件相結合的特性，我們也開設了電子實習、專業(yè)實習和畢業(yè)實習環(huán)節(jié)等實踐動手環(huán)節(jié)，配合理論的深化學習過程，將工程項目對象中的硬件與軟件開發(fā)結合起來，讓同學們完成對數(shù)字電子電路從知識理論到工程應用、從軟件到硬件的由淺入深的學習過程，從而最終達到使同學們能具備解決復雜數(shù)字電子電路相關工程技術問題的能力的目的。

3 改革與實踐

（1）知識體系內(nèi)容的整合與相互銜接。作為組成數(shù)字電子電路課程群的每門課程各自的教學內(nèi)容而言，其知識內(nèi)容存在著一定的重疊性和相關性。如何合理地配置課程群中各門課程的知識內(nèi)容和相應的課時，是我們每次進行培養(yǎng)計劃修訂的一個重要內(nèi)容。其中，數(shù)字電路和EDA技術課程，從基礎的數(shù)字邏輯基本理論，到小規(guī)模、中規(guī)模數(shù)字電子電路的分析與設計，再到復雜數(shù)字電子電路的可編程設計，重點完成數(shù)字電子電路相關理論知識的講授。結合理論的講解內(nèi)容，配套的課程設計環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學生對所學的理論知識的工程應用思維，基于實際的設計對象，在開發(fā)軟件平臺上完成從中小規(guī)模到復雜數(shù)字電子電路的開發(fā)設計、仿真測試與調(diào)試。最后，在實習環(huán)節(jié)，完成整個數(shù)字電子電路學習的軟硬件配合到完整的工程實現(xiàn)。整個知識體系的構建，知識內(nèi)容的整合與銜接，都是以有效培養(yǎng)同學們對復雜數(shù)字電子電路的工程問題的解決能力為目標的。

（2）終身學習能力的培養(yǎng)。以工程教育專業(yè)認證的教學要求而言，終身學習能力的培養(yǎng)，是評價我們課程教學質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要方面。如何在數(shù)字電子電路課程群的教學中，培養(yǎng)同學們終身學習的能力，也就是掌握對數(shù)字電子電路自主學習的能力，這是一個需要我們不斷探索和改進的課題?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，以學生為中心展開教學，并建立有效的“評價-反饋-改進”的循環(huán)機制，持續(xù)地進行教學方式方法的改進，從而實現(xiàn)我們的課程目標與學生獲得的能力相一致的目的。

為此，我們對數(shù)字電子電路課程群相關課程的教學方式方法也進行了不間斷的調(diào)整和改進。包括：①引入新的教學手段教學平臺，比如超星“三平一端”網(wǎng)絡平臺、微助教等，提供良好的線上溝通環(huán)境，從而對我們的線下教學過程進行補充和完善；②改進成績評價機制，強化過程考核，加強學習過程和學習中間目標完成情況的監(jiān)督和反饋。③教學中，更注重培養(yǎng)學生的自主式學習、啟發(fā)式學習、貫穿式學習的理念，如向同學們推送更多地豐富的課外資源、引入更多地創(chuàng)新性設計課題、結合模擬電子技術、DSP技術等其他課程開展對復雜電子工程系統(tǒng)的分析與設計等等，將封閉的課堂逐漸開放，不僅注重教給同學們知識，更注重教給他們能力。

4 結語

以培養(yǎng)符合本專業(yè)畢業(yè)能力的工程專業(yè)人才為目標，我們不斷的進行數(shù)字電子電路課程群的改革，從開始開展工程教育專業(yè)認證準備開始，課程群的修訂過程已經(jīng)進行了三輪。在引入“評價-反饋-改進”的理念基礎上，我們從教學內(nèi)容的整合、知識的銜接及終身學習能力的培養(yǎng)等多方面開展了實踐。將數(shù)字電子電路課程群的教學，以一個整體的知識體系為規(guī)模進行，利用現(xiàn)代的教育教學手段，優(yōu)化學習內(nèi)容和課時設置，在單向的教學過程中注入反饋，從而將整個教學過程形成一個閉環(huán)，將單純的知識傳遞上升為對學生專業(yè)學習能力的培養(yǎng)，用提升教學效果來實現(xiàn)我們教學質(zhì)量的提高。學校發(fā)布的最新數(shù)據(jù)表明，2020年我們專業(yè)的就業(yè)率依然高達近90%。

隨著科學技術的進步，知識是不斷更新的，只有具備了終身學習的能力，才能讓同學們在未來的學習深造和社會工作中，能坦然面對各種復雜工程問題的挑戰(zhàn)，不斷地提升自身的社會價值。