《数字电子技术》课程改革实践

郑恭明，佘新平（长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434023）

为适应科技发展，满足社会对人才培养的要求，长江大学提出了 “育人为本，理论与实验教学并重，促进学生知识、能力和素质协调发展”的教学理念。为了培养适应生产、建设、管理、服务一线需要的高等技术应用性人才；制定了以培养技术应用能力为主线的知识、能力、素质结构的培养方案，构建以 “应用”为主旨和特征的课程教学体系，重视学生的技术应用能力的培养［1，2］。

《数字电子技术》是电子、通信、机电类等专业的核心技术基础课及必修课。由于EDA技术、大规模集成电路，特别是可编程器件的高度发展，数字技术知识的更新速度远远高于整个科技领域发展的平均速度，信息时代正是以数字化为基本特征，通信、计算机、航天、医学、工业自动化、仪器仪表、消费类电子产品等领域都在应用数字技术，所以对以数字电路逻辑设计和应用为主要教学内容的 《数字电子技术》课程提出了更高的要求。为此，笔者结合学校实际，在理论教学内容、实践教学和考评制度上进行了探索。

1 理论教学

在课程组负责人的带领下，各任课教师积极探索和实践，并不断总结和完善，出版了 《数字电子技术》理论教材［3］，并对教材里的实例和各种应用进行了Proteus仿真，不断完善课程PPT课件。理论教学改革主要体现在以下3个方面。

1.1 强调以基础为核心的理论课程内容安排

电子技术的发展日新月异，数字电子电路的构成方式从早期的以逻辑门、触发器为基础，发展到现在以集成电路为基础，其常用分析和设计手段从早期的逻辑表达式、卡诺图等，发展到现在以EDA计算机辅助技术为主流，数字电子技术的知识体系也日益庞大。但从根本来说，《数字电子技术》课程讲述的是数字电子电路在分析、设计方面的基本知识、基本方法和基本思想。因此，理论教学上以基本概念和基本应用为主，着重于外部逻辑功能描述、分析和典型应用，强调外特性和重要参数，淡化电路的内部结构。这样安排组织课程内容的目的是为了让学生了解和掌握更多的关于数字电子技术的基本理论、基本分析方法和基本应用技能。让学生知道，虽然电路的具体形式是变化无穷的，但是分析和设计电路所用到的 “三基”是始终不变的，这样学生在学习中才能 “透过现象看本质”，从众多的知识点中找到最重要的部分，以不变应万变。

1.2 重视知识的体系化

《数字电子技术》的知识点很多，学生在初学时不容易抓住主线和搞清各个知识点之间的关系，容易失去学习的信心和兴趣。因此在教学中要特别重视知识的体系化。这种体系化教学从2个方面入手：首先，在绪论课上，通过对学科发展历史和应用领域的介绍，并对各个章节的内容和作用简要说明，使学生在学习具体知识点之前，了解数字电子技术的发展、知识体系和各种应用，调动学生的学习兴趣，提高学习的积极性；其次，在课程之初列举一个实例—— 《瓶装生产线自动控制系统》，让学生有一个系统化的概念和各章节内容在该系统中的作用。并在以后各个章节讲解过程中，对应该系统中的相关部分进行学习，注意承上启下，将章节内和章节间的内容串联起来，帮助学生理清知识的 “点、线、面”。这样，既有利于学生掌握基本知识和基本方法，又建立了系统的概念。

1.3 运用多媒体和传统方式结合的课堂教学

在课堂上恰当运用必要的现代教育技术和信息资源，可解决单纯的黑板板书和口头讲解的固有不足，如绘制大量图表和电路费时费力、不利于教学中知识点的前后对比和复习引用、抽象的原理和具体的电路或元器件不易演示等。 “多媒体”不仅仅指PPT课件，还包括图片、动画、视频、音频演示、EDA仿真软件的直观演示等等。PPT课件结合各种其他媒体，特别是仿真软件的演示，能有效提高课堂效率和学生学习的兴趣，如展示大量各种规格、型号的电子元器件实物图，实例的仿真和各种电子系统电路、实物等。多媒体教学不仅方便快速，信息量大，而且会让学生有更直观的认识，能看到所学课程与实际应用的关联，从而提高学生的学习兴趣和主动性。如在讲解译码器74LS138时，用Proteus软件界面上直观地演示编码信号和译码信号之间的关系并显示出来，通过对照真值表改变电路状态，查看电路输出的变化。一方面可以帮助学生理解芯片的功能，另一方面可以给学生更接近实验环境的演示效果，使学生在后续的实践环节能迅速上手。而在公式推导和实例的分析，使用黑板板书来完成，以避免讲课速度太快，学生跟不上，从而影响上课效果。因此，各种教学方式的应用围绕教学目标的实现为核心，扬长避短是关键。

2 实践教学

依托国家级实验教学示范中心，对数字电子技术实验教学体系、内容、方法手段进行改革，构建了满足电类和非电类电工电子实验教学需求的硬件平台，推进“以需求为导向，与兴趣相结合，以能力培养为重点”的实验内容改革，实施了 “四结合一开放”（理论与仿真结合、仿真与实验结合、实验与工程结合、工程与创新结合，实验室完全开放）的实验教学模式，使实验教学与理论教学、工程实际和素质教育有机结合［1］。

2.1 实验项目的设定

数字电子技术实验采用了基本验证型实验和综合设计型实验相结合的方法，并引入可编程逻辑器件突出基本知识、方法和思想应用，着重对器件逻辑功能的描述、分析和应用，锻炼和提高学生数字电路的安装及调试技能。在实验项目的选择上强调内容的针对性、应用性、实践性和实际操作性。学时上减少验证性实验，增加综合设计性实验比重；减少中小规模集成电路实验，增加可编程器件实验比重。具体实验项目及实验学时、实验类型安排见表1。

2.2 实验过程的实施

根据实验示范中心 “四结合一开放”的教学模式，实验课程全部实现网络化管理，学生根据课程进度自由预约实验时间及对应的老师。虽然实验独立设课，但理论课教师全程参与，进度一致，实践与理论紧密结合，使学生在实践环节中既能提高运用所学知识进行设计的能力。验证性实验把查阅器件手册和阅读技术资料作为学生必须掌握的基本技能；综合设计实验经历设计理论讲解——EDA仿真（Proteus和QuartusⅡ）——电路安装调试——验收，在此过程中锻炼了学生分析、解决问题的综合能力和工程实践能力。同时鼓励学生进行课外电子小制作，积极参与电子设计相关竞赛，增加动手能力锻炼机会，也能激发学生的学习兴趣和热情。

表1 实验项目及实验学时、实验类型安排

2.3 实验平台的研制

以 “保证基础、体现先进、联系实践、引导创新”为指导思想，以数字电路的设计、仿真和测试为主线，并引入可编程逻辑器件编写了实验教材 《数字电路设计·仿真·测试》［4］，设计了中规模集成电路实验箱和FPGA实验箱［5］，所有开设的实验均可在这2个平台上实现完成。

3 考评制度

由于学校电类专业人数较多，每年均在500人，非电类专业人数在400人左右，任课教师多。为了对教学质量的检查与评估有一个较统一的考核标准，实行教考分离，建立符合教学大纲试题库，评分标准明确，统一出卷，教师共同流水阅卷，并重视试卷分析，有助于教学质量的提升和教师自身业务素质的提高。

实验课的考评，分为实验操作成绩和实验报告成绩，按7∶3比例生成单个实验成绩，总成绩由单个实验成绩按课时比例累加。

4 结语

实践证明，现阶段学校数字电子技术课程教学改革使得学生的工程设计及实践动手能力得到了明显增强。但是，课程改革是一项复杂而长期的系统工程，需要学校的大力支持和任课教师对课程进行综合、系统、长期的研究和完善，才能与时俱进，培养出符合社会需求的应用型人才。

［1］余厚全，吴社兴，罗炎林，等.地方高校创建实验教学示范中心的改革与实践 ［J］.实验室研究与探索，2007，26（12）：92-95.

［2］余厚全，吴凌云，陈永军.电子信息类专业实验教学的几点思考 ［J］.实验室研究与探索，2009，28（6）：102-104.

［3］佘新平.数字电子技术 ［M］.第2版.武汉：华中科技大学出版社，2010.

［4］佘新平.数字电路设计·仿真·测试 ［M］.武汉：华中科技大学出版社，2010.

［5］郑恭明.FPGA创新实验平台的设计与应用 ［J］.实验技术与管理，2012，29（11）：113-115.

［6］马晓虹，尹向雷.数字电子技术实验教学的改革与探索 ［J］.实验技术与管理，2012，29（10）：172-174.

［7］江捷，王铁流，赵影，等.依托教材建设推进 “数字电子技术"精品课程建设 ［J］.中国电力教育，2012，12（237）：71-72.

［8］杨雪，王玫.CDIO在数字电子技术教学模式改革中的应用 ［J］.南京工程学院学报（社会科学版），2010，10（1）：65-67.

［编辑］ 辛长静