《数字电子技术》开放式实验模式研究

李书杰等

摘 要： 为组织研究建立一个完善的《数字电子技术》专业实践性教学体系，培养电类专业学生综合应用能力和创新能力，本文结合高校现行实验条件阐述了课程改革的必要性，并构建了一套较为完善的实验体系用于本校教学。该模式提高了学生分析问题和解决问题的能力，有效提高了学生的自主学习积极性和知识掌握水平，解决了器材损耗与浪费的问题。

关键词： 教学改革 数字电子技术 实验教学

1.引言

当今世界科学技术飞速发展，企业和社会对于具备理论知识和较强操作能力的高技术者提出更大需求。高校逐渐从以理论课程为主向着重培养学生实践能力的教学模式转变。《数字电子技术实验》作为电气信息类专业学生必修的一门重要学科技术基础课程，是为巩固学生数字电路的理论知识，培养学生的动手操作能力、数字电路知识应用能力及数字电路设计创新能力，掌握数字电路的分析、设计和开发而开设的一门重要实验课，具有很强的工程实践性[1]。教学目标是使学生掌握数字集成电路的实际应用并可以利用数字集成电路解决实际问题[2]。

本教改课题借助电子技术实验室平台，依托设备齐全的专业实验室，具备项目实施的政策环境及硬件基础。同时，实验内容应该减少验证性实验，增加设计性、实用性与综合性实验，引入开放式的实验教学模式，不断提高学生的自我学习能力和兴趣。通过实验加深学生对所学知识的理解，培养学生分析、设计、组装和调试电路的能力[3]。

2.数电实验改革体系构建与评价

2.1理论分析

在以往的数电实验教学中，通常是教师先对该实验原理进行讲解并提出要求和结果，然后学生根据实验方法选取实验器件进行功能实现。这种传统的教学方式对学生的独立思考能力和动手能力要求很低，实验相对简单，只需要按照老师安排实现功能即可，大多学生在不理解原理的情况下互相借鉴实验方法和步骤，并且教学模式并不适合所有类型的实验。这样，完成实验之后，学生不能对各种实验理论和器材有较深入的了解，教学目标往往难以很好地实现。另外，学生对实验缺乏了解也造成实验器件特别是各种芯片引脚的高损坏率，难以回收利用，造成较大浪费和损失。

针对传统实验教学中产生的诸多问题，我们急需改变教学模式和方法。教师要从以讲解原理和实验方法为主的传统教学方式中走出来，试着将学生的研究方法向正确的方向引导，使学生更独立地发现、思考问题，进而更主动地解决实验中遇到的各种问题并完成实验内容[4]。

图1 实验课程改革流程图

首先，学生要根据自己独立设计的实验线路图、自主选择实验器件。学生可以利用课堂理论知识依据网络、虚拟实验室等熟悉已发到手的器件的原理及使用方法，着重于培养自学与创新能力。其次，数电实验教学要增强开放性，逐步从仅完成课时内的学习向既要有课上学时又要保证学生随时可以查阅资料转变，完善课程内容。再次，在实验结果的考核方面，将实验过程和结果结合起来。教师不再主要进行讲解和说明，更多是监督、引导和辅导，并在指导的同时对学生的学习能力、积极性和知识掌握能力进行评价，对学生的实验学习产生督促作用。最后，对于实验器件（主要是集成芯片）采取学校补贴加个人购买的形式进行发放，学生在熟悉器件使用注意事项的情况下拥有个人器件，可以单独使用。在学期末再对实验器材进行统一测试回收，杜绝一些学生不爱护实验设备的行为，提高器件回收率。

2.2开放式实验模式的评价

目前，我校电气信息类专业《数字电子技术》课程实验单独设课，共16学时，本学期课程均采用开放式实验模式进行教学。如下表所示，通过一学期的实践，广大师生反应良好，学生的学习自主性和自我评价能力明显提高，教师按照教学目标对学生成绩考核的评价更高。同时，相比于上学期，学生更关注器件的正确使用方法，器材的回收率有所提高。

表 课改前后数据综合数据统计表

通过本次数电实验教学改革，我们摒弃老旧的传统教学方法，将“以教师为主”的模式转变为“学生为主体、教师为主导”的模式。这种启发式的教学方法更有利于提高学生的独立思考能力，并引导学生观察、分析和解决问题，发挥每一名学生的主观能动性和创新意识，保证对每一名学生的培养都能达到预期目标[5]。同时，在教学期内，学生拥有自己实验所需的基本芯片，除了正常的教学安排学生还在课下时间到实验室继续完成实验内容，或者在实验室外完成相关内容。这样即使在实验结束后也可以引导学生积极解决实验中碰到的各种问题，从而更好地培养学生的实践与创新能力。这样不仅能满足学生自主实验的需求，并且能最大化地利用实验资源，提高仪器设备利用率。

3.存在的问题和改进

开放式实验模式提高教学质量，但在教学过程中仍存在一些问题。课程实验是验证器件的逻辑功能，基本上不使用大规模集成器件，这与现代硬件技术和信息技术紧密结合的现状不相符合，导致学生的自主创新与设计能力较弱；实验内容与生产生活的关联性太差，且实用型不强，导致学生缺乏学习动力；实验场地有限，为了完成教学任务只能统一安排实验时间和内容，影响学生主动性。这就对实验室硬件条件和开放水平及教师的教学水平提出更高要求。

为了进一步提高实验教学水平，从各个方面使广大师生从中受益，今后我们将会从多个方面改进。首先要积极安排实验教学内容，提高元器件参数的测试和新器件的应用，改变仅要求掌握数字集成电路使用的数字电子技术实验教学目标，着重培养利用数字集成电路进行电子系统开发的能力和自主设计能力，团队合作能力和责任心。其次，在实验教学中更多地利用现代技术方法，授课中尽量形象地将电路原理、仿真等过程更直观地展现给学生，便于记忆与理解。同时便捷的技术手段可以更好更快地提高学生的学习兴趣与能力。最后，要进一步提升实验室开放水平，保证对学生全天开放，实验随到随做。要做到真正开放还需要保证学生能够使用仪器进行兴趣性科技活动，最大化地提高自主使用性，以使实验资源得到合理利用[6]。

4.结语

通过本次教学改革锻炼教师队伍，提高学生分析问题、解决问题的能力和学习积极性，有效地杜绝实验器件的浪费。

实验教学是《数字电子技术》课程教学中的重要环节，抓好该课程的实验教学对培养学生系统设计、技术实现、综合测试等工程能力具有十分重要的意义。提高高校数字电子技术实验教学水平和质量，为后续电子技术相关课程的学习奠定良好基础，以紧跟数字技术的发展，适应现代电子技术的发展和社会对创新性电子技术人才的需求，是电类专业基础课教学中的一个十分重要的课题。

参考文献：

[1]唐胜春，高晶敏，柴海莉，陈福彬.数字电子技术实验教学改革探索[J].中国现代教育装备，2013，09：48-50.

[2]池雪莲.国家级电工电子实训基地建设的探索与实践[J].科技信息，2011，10：46，49.

[3]章华幸.单片机实验教学探索[J].中国电力教育，2014，05：184-185.

[4]丁超.“数字电子技术”实验教学改革探索[J].中国成人教育，2012，04：134-135.

[5]杨建良.电类基础课程实验教学“虚实结合”模式的构建[J].实验室研究与探索，2014，07：101-104，280.

[6]过希文，李国丽，陈权，胡存刚，钱喆，张倩，周睿.电气工程基础课程实验教学模式的研究与实践[J].中国电力教育，2013，29：87-88，101.

项目：华北理工大学教学改革项目（Y1392-62）