基于工程教育認證的數(shù)字電子技術(shù)課程教學探索

方 凱，梅 燁，陳志楚

（湖北汽車工業(yè)學院電氣與信息工程學院 湖北 十堰 442002）

數(shù)字電子技術(shù)作為湖北汽車工業(yè)學院電氣類專業(yè)的一門工程基礎(chǔ)課，它是后續(xù)相關(guān)課程，如電力電子技術(shù)、計算機控制系統(tǒng)等的先修課。學好數(shù)字電子技術(shù)這門課程，對于夯實學生的專業(yè)基礎(chǔ)，激發(fā)研究興趣，增強動手實踐能力都具有重要意義，同時也是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的重要組成部分。

多年來，數(shù)字電子技術(shù)教學中存在一些問題，比如內(nèi)容上概念抽象、電路多變復雜，學生感覺內(nèi)容乏味、實踐能力培養(yǎng)不夠，以“教”為主的知識傳授方式不能激發(fā)學生的自主學習潛力[1]。而且近年來隨著課程學時數(shù)的壓縮，學習效果難以得到保證，這些問題都直接影響到教學效果。為了使學生掌握好數(shù)字電子技術(shù)，培養(yǎng)實踐動手能力，筆者對課程教學進行改革，落實以學生為中心，以產(chǎn)出為導向，持續(xù)改進等理念，使課程教學內(nèi)容、授課方式、教學手段更好地適應(yīng)工程教育專業(yè)認證的培養(yǎng)要求，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[2]。

1 教學內(nèi)容和授課方式的改革

在電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)中，專業(yè)人才培養(yǎng)方案對數(shù)字電子技術(shù)這門課提出三個畢業(yè)要求觀測指標點。課程組針對這三個畢業(yè)要求觀測指標點提煉出三個課程目標，分別是：

①應(yīng)用二進制數(shù)制碼制、二進制運算規(guī)則等基礎(chǔ)知識完成二、八、十六進制和十進制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換和計算；分析門電路、觸發(fā)器等器件的基本結(jié)構(gòu)和原理，將邏輯變量、邏輯變量二值狀態(tài)體系與實際電氣類系統(tǒng)的高低電平、脈沖有無、開關(guān)通斷等建立關(guān)聯(lián)，將與或非基本邏輯運算與工程控制聯(lián)系起來；能運用公式法、卡洛圖法等化簡邏輯表達式；

②應(yīng)用組合邏輯、時序邏輯的分析和設(shè)計方法，分析汽車電器系統(tǒng)中的采樣、顯示、計數(shù)和控制等功能模塊，并能運用集成門電路、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等中規(guī)模器件搭建滿足相應(yīng)需求的電子系統(tǒng)；

③能夠使用信號發(fā)生器、示波器、萬用表、面包板等數(shù)字電子常用實驗儀器、設(shè)備對常用組合邏輯電路、時序邏輯電路的輸入輸出關(guān)系進行測試，并根據(jù)測試結(jié)果分析和驗證其功能。

這三個課程目標具有循序漸進、相輔相成的關(guān)系。為了達成這三個課程目標，筆者對課程48 學時數(shù)做如下安排：理論教學環(huán)節(jié)40 學時，實踐環(huán)節(jié)8 學時，除此之外，課程還安排了過程訓練32 學時，它包括24 學時的課外作業(yè)和8 學時的課外項目設(shè)計，前者用來對課本教材上的電路模型進行分析和設(shè)計，后者用來創(chuàng)新設(shè)計數(shù)字電子電路，并分析電路的性能，它不僅解決了壓縮課時后學時不足的問題，而且還著重突出了以學生為主體，強調(diào)學生自學，培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，最終達到從知識到能力，再到素質(zhì)的全方位培養(yǎng)[3]。

教學中對一些抽象的電路采用案例教學的方式，比如計數(shù)器電路，筆者從數(shù)字電子鐘的實物開始介紹，闡明數(shù)字電子鐘的計時過程，再給出實際的計時器電路，筆者從中歸納出計數(shù)器電路模型，再講解電路的結(jié)構(gòu)、分析方法和分析結(jié)論。

這次教學方式改革最大之處是課外學習部分，筆者考慮到過程訓練的可操作性和可評價性，希望既注重專業(yè)特點，又不占用過多課外時間，給學生造成過大的學習負擔。過程訓練包括三份課外作業(yè)和一個課外項目設(shè)計，課外作業(yè)是對每一章知識點的總結(jié)和鞏固，這個過程緊跟課堂教學，旨在讓學生較快地掌握基礎(chǔ)知識，并能形成一種系統(tǒng)模塊化的分析思維。課外項目針對電氣類專業(yè)的特點，設(shè)計了多個題目，學生可以選擇其中一個，也可以根據(jù)科技競賽或大學生創(chuàng)新訓練項目自擬題目，2―3 人一組，推選隊長，制訂計劃，安排分工，團隊通過查閱資料，設(shè)計電路圖，完成實物的制作，最后撰寫設(shè)計報告和進行項目答辯。教師在課程學習中期發(fā)布任務(wù)，學期結(jié)束時驗收和答辯，學生有半個學期的時間來設(shè)計和制作課外作品。課外設(shè)計項目的實施，實質(zhì)上給了學生一次項目式學習的機會，能激發(fā)學生自主學習和主動學習[4]。課外實驗項目考核時，強調(diào)學生的知識綜合運用能力，教師根據(jù)課外項目的設(shè)計水平、制作質(zhì)量、分析完整性、設(shè)計結(jié)論、實物功能和答辯表現(xiàn)等做整體性的評價。通過2023―2023 學年的實施情況來看，這個環(huán)節(jié)極大地調(diào)動了學生的學習積極性，很多學生已經(jīng)加入學校的科技競賽團隊，如“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽、中國高校智能機器人創(chuàng)意大賽等，他們在競賽訓練中匯集了大量的數(shù)字電子技術(shù)問題亟待解決，這個環(huán)節(jié)中，學生非常積極，在課堂和課后主動找教師討論他們的課題，他們對問題的分析和解決思路超出了筆者的預期，效果顯著。

2 授課方式的改革

在授課方式方面，做到以點帶面，注重引導學生形成知識體系，不是對所有的知識點進行面面俱到的講解，而是對重點知識進行精講，并通過每次課對上次課的知識進行回溯和總結(jié)，以及對本課時知識點的提煉和延展，幫助學生梳理知識結(jié)構(gòu)，引導學生形成模塊化的電路分析方法，不斷提高課堂教學的效率。比如在介紹譯碼器電路時，筆者重點講解譯碼器和編碼器的關(guān)系，從而分析譯碼過程與編碼過程之間的對應(yīng)。再比如多諧振蕩器電路，筆者重點介紹多諧振蕩器的概念，以及運用555 定時器搭建多諧振蕩器，讓學生掌握集信號發(fā)生器電路的分析方法，形成一個知識鏈，為今后學習電力電子技術(shù)和電子技術(shù)綜合訓練打下基礎(chǔ)。

授課方式方面，數(shù)字電子技術(shù)課程傳統(tǒng)的教學方式是教師在PPT和黑板上按推理或演繹思路進行逐步講授，學生一邊聽教師講課，一邊記筆記，一邊思考相應(yīng)的問題，聽課的效率比較高，缺點是信息量小。而近年來，MOOC、學習通APP等互聯(lián)網(wǎng)授課方式不斷出現(xiàn)，線上線下混合式教學的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，圖文聲貌相結(jié)合，師生互動相輔助，學生提前預習和自學課程視頻，大大豐富了課堂教學的形式，使教學過程更加生動，課堂上和課堂下學生與教師的互動增多，學生的學習積極性明顯提高。

在實際教學中，筆者根據(jù)課程的教學需要，充分發(fā)揮多媒體和板書的功能，把多媒體教學手段與傳統(tǒng)教學模式相結(jié)合，從實際出發(fā)，尋找最佳結(jié)合點，在一般知識點介紹、內(nèi)容闡述、電路應(yīng)用等方面用多媒體教學；在重要公式推導、習題講解時用板書教學。突出教學重點，解決難點，合理使用多媒體教學手段和傳統(tǒng)教學模式，充分發(fā)揮兩種模式各自的優(yōu)勢，拓寬學生知識面。另外，學生可以在教師的指引下，在課后對薄弱環(huán)節(jié)和感興趣的章節(jié)進行自主再學習，鞏固知識[6]。

3 理實一體化模式

教師將數(shù)字電路仿真融入教學，激發(fā)學生的學習興趣。本課程中，許多數(shù)字電路系統(tǒng)的分析與設(shè)計邏輯關(guān)系復雜，學生難以掌握其工作原理、邏輯功能以及物理意義。為使抽象復雜的邏輯關(guān)系直觀化，筆者在課堂教學中充分使用多媒體、動畫和Multisim 仿真軟件等現(xiàn)代教學工具，將數(shù)字電路系統(tǒng)的抽象邏輯圖像化，直觀呈現(xiàn)其工作原理和邏輯功能。然后學生根據(jù)所學知識進行電路方案設(shè)計和參數(shù)設(shè)計，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，做到理論聯(lián)系實際，理論實際相輔相成，實現(xiàn)理實一體化。

4 融入課程思政

4.1 工匠精神

工匠精神是新時代工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的內(nèi)在需要，是當下高校思想建設(shè)的重要內(nèi)容。教師搜集素材融入教學中，引導學生專心學習，專一做事，比如：華為和格力電器等公司數(shù)十年如一日，不斷堅守創(chuàng)新，通過自主研發(fā)，保持企業(yè)的核心科技競爭力，給民族名牌帶來了無窮的生命力。另外，在課程實踐環(huán)節(jié)中，學生設(shè)計和調(diào)試電路時，苦于不能得到電路原理圖應(yīng)有的結(jié)果，這時，教師可以通過親身示范調(diào)試電路，找出電路的問題，告訴學生工匠精神的重要性，讓學生在實際操作中體驗認真和專注做一件事的意義。

4.2 愛國主義

愛國主義是課程思政內(nèi)涵的升華。許多電子技術(shù)專家在國外學有所成且擁有優(yōu)越的科研和生活條件，但為了投身于新中國的工業(yè)和科技建設(shè)事業(yè)，他們沖破各種障礙，毅然回到祖國，將畢生所學奉獻給祖國。這樣的案例有很多，教師有目的地去收集并在教學中展現(xiàn)給學生，激發(fā)學生的愛國熱情。

4.3“四心”精神

數(shù)字電子技術(shù)課程有很多實踐環(huán)節(jié)，通過這些環(huán)節(jié)能培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際和動手實踐能力，同時，也是鍛煉學生“四心”，即虛心、細心、耐心、恒心的過程，提高學生團隊合作，互幫互助的意識。課程思政元素以“現(xiàn)身說法”的形式出現(xiàn)，比起“講故事”的形式，可以更好地獲得學生“認同感”從而引發(fā)“情感共鳴”，做到課程思政育人潤物細無聲。

5 亮點和不足

電氣類專業(yè)工程教育專業(yè)認證對學生的學習能力和動手能力提出了一定的要求。因此在數(shù)字電子技術(shù)教學中，教師應(yīng)該給學生更多思維訓練的機會。在數(shù)字電子技術(shù)教學中，教師的作用是將知識結(jié)構(gòu)勾畫出來，將重難點講述出來，將知識系統(tǒng)架構(gòu)起來，培養(yǎng)學生的自學能力和實踐動手能力。重點精講，難點深講，同時利用案例式教學方式激勵學生參與到教學活動中來，積極動手實踐，不僅按時按量完成課內(nèi)課外實驗，還要和專業(yè)學習和科技競賽結(jié)合起來。

數(shù)字電子技術(shù)是一門動手實踐性極強的課程，教師可以把有些難以理解的電路分析過程省略掉，取而代之用具體的實驗數(shù)據(jù)或者仿真波形來反映電路的特性，讓學生避開枯燥的公式推導，更加輕松地掌握好相關(guān)的數(shù)字電子技術(shù)知識，理解它們的功能和特點，鍛煉實踐動手能力。

不足之處也有很多，首先，課外實驗項目實施的過程中，學生設(shè)計制作項目需要開放性實驗室，學校的開放性實驗室數(shù)量有限，學生沒有足夠場所完成電子電路的仿真調(diào)試。其次，學生充分發(fā)揮主動性，根據(jù)閱讀文獻，查找資料，設(shè)計的很多電路非?？简灲處煹闹R水平，所以教師也需要加強學習，不斷更新知識結(jié)構(gòu)，跟學生一起解決問題。一些更好的教學方法在今后的工作中還需不斷去探索。

6 總結(jié)

總之，在電氣類專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)課程教學過程中，教師根據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求，融合OBE 理念，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標開展教學，使學生打好基礎(chǔ)，拓寬視野，在有限的課時內(nèi)，鍛煉學生分析問題、解決問題、自主學習和動手實踐等能力。當然，教學中還有不足的地方，如針對當前數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展給教學內(nèi)容帶來的影響，如何重構(gòu)教學內(nèi)容，這還需要筆者今后進一步的探討。