基于实践教学的数字系统设计课程教学改革

孙统风

摘 要：数字系统设计是一门理论性和实践性很强的课程，与计算机专业、电子专业相关课程紧密相关，目的是培养学生解决实际问题的能力。论文提出了基于实践教学的教学改革，鼓励主动学习，以实践为主线，通过实践教学带动理论教学，培养实践创新能力，提高教学效果。

关键词：实践教学；主动学习；实践创新能力

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》对高等教育创新人才的培养提出了新的要求，突出强化了实践教学环节的重要性。实践环节是大学生创新能力培养的重要基础，也是应用型人才和创业人才培养的重要方式[ 1-2 ]。大学生，尤其是工科学生，他们对专业理论知识的掌握和创新能力的提高都离不开实践，创新能力主要体现在创新实践能力方面。

数字系统设计课程是一门理论性和实践性很强的课程，目标是使学生掌握数字系统设计的基本理论和基本方法，能够使用所学知识设计数字电路解决实际问题。该课程知识点多，操作性强，采用HDL（硬件描述语言）编程来设计电路，但与计算机编程和传统的电路设计有很大的区别，对初学者来讲，是全新的内容，很难通过课堂听講完全掌握。教学改革以实践教学为主线，实践与理论相辅相成，以提高数字系统设计的教学效果。

1 教学改革与探索

针对数字系统设计课程教学中存在的问题，结合国家人才发展规划，以实践教学为主线，提出了具体的课程改革方法与实施方案。

1.1 课程教学中存在的问题

1）HDL语言与EDA软件。HDL语法规则与传统的计算机高级语言类似，但是该语言与计算机高级语言在编程、执行、设计目标等方面有着本质的区别，已学知识对新知识的掌握具有促进作用，也容易引入理解误区； EDA软件的高级应用，如：LPM宏模块、IP核等，与实践密切相关，课堂教学无法让学生掌握相关的理论与操作。

2）数字系统设计理论。数字系统设计与传统的数字电路设计既有区别又有联系，一方面理论是实践的升华，另一方面理论用于指导实践，只能在实践中才能真正掌握理论的精髓。

3）授课方式。授课方式一般采用多媒体教学，多媒体教学对HDL程序代码以及程序演示效果不佳。

4）实验。数字系统设计实验需要花费更多的时间来完成前期准备、现场设计、成果展示以及实验分析，在课程有限的时间内无法完成较复杂实验。

5）教学效果。学生的实践能力是教学效果最有力的体现。学生的动手能力不佳，在后续的相关实践类课程中，只有为数不多的学生选择数字系统设计方向的课题，这说明了学生并没有很好地掌握课程的内容。

1.2 改革内容

改革的思路是，以实践教学为主线，通过实践促进理论知识的理解[ 3 ]，由课堂延伸到课后，由本课程延伸到相关课程。

1）改变授课方式。把HDL语言和EDA高级应用课程的授课地点放在实验室，在实验室多媒体教室完成课堂教学。在授课的同时，安排时间现场操作，有助于学生获得直观感受，提高学习效率。

2）调整课堂教学内容与实验教学内容，实验教学独立考核。在课堂教学中，压缩FPGA/CPLD原理的授课学时，增加数字系统设计模型和结构的授课学时，重点培养解决实际问题能力。实验课全部采用设计型实验，独立成课，按照实验效果考核学生的实验成绩。

3）丰富实验器材，改善实验室管理。数字系统实践必不可少的是实验器材。除了数字系统设计课程，后续的实践类课程，如：电子设计课程设计、专业综合实践课程设计、毕业设计等，也可能用到这些实验器材，因此有必要從多方面筹措实验设备，改善实验室管理。

4）完善相关课程的衔接。电子设计、信合专业综合实践、毕业设计等后续实践类课程，以及电子学科大赛，都与数字系统设计课程相关，有必要统筹安排。

1.3 项目实施

在具体实施上，主要工作体现在以下几个方面：

1）完善教学大纲和课程考核。数字系统设计课程分为两部分：数字系统设计课堂教学和数字系统设计实验教学，实验教学独立考核。在考核方面，课堂教学强调知识的灵活运用，侧重于解决实际问题能力的考核；实验教学采用设计型实验，每个实验由多个子任务组成，具有不同的深度和难度，根据实际的实验效果确定最终成绩。

2）采用新的授课方式。变被动学习转化为主动学习，主要包括：把HDL语言和EDA软件应用的授课地点放在实验室多媒体教室，在授课的过程中，对于验证性实验和部分教材实例，在课堂上现场验证它们的实验效果；对于复杂案例，采用微课平台辅助授课，学生可以下载源代码和视频资源，有选择地多次学习。

3）提高实验器材使用率，完善实验室管理。保留旧设备、购买新设备，多方面筹措实验设备，提供不同层次的设备，以满足实际需求。在管理上采取开放的实验室管理模式，实验室的便携式实验设备可以预约借出。

4）完善相关实践教学体系建设。注重课程体系的建设，针对后续的实践类课程，包括电子设计课程设计、综合实践课程设计、毕业设计、学科竞赛等，在应用课题、人员安排、实验设备分配等方面做好衔接。

2 教学效果

本文的教学改革已在电子科学与技术专业的“数字系统设计基础”课程实施两年，学生的学习主动性、学习兴趣和实践能力都得到了提高。从考试情况来看，成绩进步明显，近两年平均分在80分左右，不及格率降至3%以下。在后续的实践类课程中，如：电子设计课程设计、信科专业综合实践、毕业设计，越来越多的学生选择数字系统设计相关课题，表明学生对数字系统设计课程的兴趣和掌握都在提高。在学科竞赛类活动方面，荣获全国电子设计竞赛二等奖一项、江苏省电子设计大赛一等奖两项等诸多奖项。

3 结语

“数字系统设计”教学改革通过加强实践改进教学，提高了教学效果，实现了课程的教学目标。加强实践，有利于数字系统设计课程知识点的掌握，也有利于学生的创新思维和工程实践、团队合作等综合素质的培养，将是未来许多工科课程的发展趋势。在这个过程中，需要指导老师的大量精力投入，以及学院、学校的资金支持，但是与学生取得成果、教学效果的提高相比，是值得的。

参考文献：

[1] 李娇.大学生学科竞赛管理运行体系研究——基于“挑战杯”竞赛的探讨[J].浙江理工大学学报（社会科学版）2014，32（6）：539-543.

[2] 李全海.关于推动大学生创业工作的思考[J].经济师，2014 （12）：194-196.

[3] 赵国平.论实践教学与理论教学的关系[J].中国成人教育，2010（17）：127-128.