自动化第二专业“数字电路”教学改革与实践

刘春晖， 王晓宁， 卫永琴， 卢文娟， 赵洪亮

(山东科技大学， 山东 青岛 266590)

自动化第二专业“数字电路”教学改革与实践

刘春晖， 王晓宁， 卫永琴， 卢文娟， 赵洪亮

(山东科技大学， 山东 青岛 266590)

本文以自动化第二专业为例分析了高等学校第二专业教学特点及存在的问题。通过引入项目式教学方法，对 “数字电路”课程设计了全新的理论实验一体化教学模式，阐明了具体的项目内容、教学方法及项目教学法实施过程。实践证明，理论实验一体化的教学方法能提高学生学习的主观能动性，有效促进高校第二专业的学生对课程知识的理解和掌握。

第二专业；数字电路；项目教学法

0 引言

为适应当今社会对复合型人才的需求，充分体现学分制的优势，加快复合型人才的培养，给在校大学生提供更多的就业和发展机会，很多高校都开设了第二专业。以我校为例，在2004年就开设了第二专业，包括英语、法学、计算机科学与技术、国际经济与贸易、自动化等高考报考比较热门的专业，鼓励学有余力的学生在攻读本科学位的同时可以辅修第二专业。

高校对第二专业的教学要求以及课程设置原则上和对第一专业是一致的，但课程组织不占用主修课程的开课时间，通常安排在下午课外活动时间、晚上或者周末。学生如果按照要求修满了规定的课程学分并且完成了相应的实践环节的任务，就可以获得第二学位的证书。第二专业的开设给本科生提供了更多的选择机会，为复合型人才的培养提供了重要途径，能够提高学生就业的竞争力[1-2]。

“数字电路”课程是自动化第二专业入门性质的一门技术基础课，授课58学时，实验16学时。

1 第二专业“数字电路”教学特点

高等学校第二专业的学生是在攻读本科第一学位的同时辅修第二专业课程，第二专业的课程组织不占用主修课程的时间，学生利用业余时间完成辅修课程的学习，因此第二专业的课程教学具有如下显著的特点。

1.1 学生个体差异大

学生辅修第二专业的动机各不相同。有的学生高考时成绩不理想，没能成功报考自己理想的专业，通过辅修自己喜欢的第二专业来弥补遗憾。有的学生则是觉得第一专业不错，但自己学有余力，有能力利用业余时间完成第二专业的学习，从而拓宽知识面，提高以后择业的竞争力与自由度。还有的同学完全是从众心理，觉得如果能混个第二学位更好，如果混不成功也无所谓，对辅修专业采取应付的态度。这就使得辅修第二专业的学生个体差异很大，学习新知识、新技能的能力也不一样。

1.2 知识背景参差不齐

第二专业面向全校的本科生开设，符合要求的学生均可报名。以我校2012级自动化第二专业为例，同一个班级里有来自安全工程、采矿工程、高分子材料与工程、工程力学、工业工程、化学工程与工艺、环境工程、环境科学、机械设计制造及其自动化、交通工程、金属材料工程、矿物加工工程、理论与应用力学、生物工程、无机非金属材料工程、物流管理、应用物理学等不同专业的学生，导致辅修自动化第二专业的学生知识背景差别非常大。“数字电路”的先行课是“电路”和“模拟电子技术”，这两门课对电气信息类的学生而言是非常重要的专业基础课，作为第一专业学习时课程安排有严格的先后顺序，而且安排的学时都非常充裕。然而，辅修自动化第二专业的学生基本上都是非电类专业，几乎都没有单独开设过“电路”这门课程。有的辅修自动化第二专业的学生甚至连“电工电子学”都还没学就已经在学“数字电路”这门课了。即使已经开过“电工电子学”的专业所安排的学时也都不多，最多的总共七十二学时，大部分只有四十多学时，这里面分配给电路原理的学时就只有其中很小部分了。这对于“数字电路”有些章节的理解特别是第十章(脉冲波形的产生与整形)的影响是比较大的。

1.3 学习时间难以保证

“第一专业为主，第二专业为辅”是目前双学位学生的主要学习模式。当两个专业出现冲突时，往往第二专业要为第一专业让路，学生自然优先选择第一学位课业的学习。我校自动化第二专业的“数字电路”课程安排在二年级的第二学期，而该阶段正是第一专业学习负担较重的阶段，这对于辅修第二专业的学生而言，时间和精力的分配是一个严峻的考验。有的专业的学生在这一学期还要外出实习，使其第二专业课程的学习不能顺利进行。上述情况对双学位的学习者都会产生一定的影响，第二专业的学习时间很难保证。

2 教学方法改革

2.1 自动化第二专业授课特点

由于上节所述的第二专业“数字电路”课程教学特点，课程授课的进程难以保证。“数字电路”传统的教学方法是先理论后实践，其中理论课为58学时，实验课为16学时。这种模式对于自动化第二专业的学生是有一定弊端的。由于学生电学基础平均较差，上课时大部分学生反应缓慢，与教师的互动不积极，使得授课的进程很慢。由于理论基础不扎实，实验准备的又不充分，大部分学生存在依赖教师的指导来做实验的惰性，使得实验效果非常不理想[3]。为改善这种局面，课题组结合多年来从事电子产品开发和教学实践的经验体会以及自动化第二专业的授课特点进行了教学方法改革，引入了项目式教学理念，设计了自动化第二专业“数字电路”课程的理论实验一体化的项目式教学模式。

项目式教学法将教学内容贯穿于一个个完整的项目中，通过具体项目的实施来加深学生对所学知识的理解，把理论知识灵活地应用到实践中。在学习的过程中学生能发现问题、思考问题并解决问题，充分发掘学生的创造潜能。项目式教学法促使学生将被动学习转为主动学习，能够培养学生分析问题和解决问题的能力以及科技创新能力[4]。

2.2 课程项目式教学内容设计

针对自动化第二专业学生的特点，课题组基于项目式教学理念重新设计了“数字电路”课程的教学内容。以单元项目的形式体现教学内容，将理论和实践结合在一起。所设计的项目基本涵盖了数字电子技术的重要知识点，每个项目都模拟具体的电子产品的研发过程，主要包括项目内容分析、总体方案设计、硬件电路设计、软件仿真、实物制作和调试安装，形成一个较为完整的知识结构[5]。实施的具体项目见表1。

表1 自动化第二专业“数字电路”课程项目内容

其中，加“*”的项目在后续课程“单片机”教学中继续实施。

单元项目基本上体现了“数字电路”主要章节的主要教学内容，每个项目又分成基本任务和扩展任务，基本任务由任课教师在课堂上引导学生完成，而扩展任务由学生利用课余时间独立完成，教师只起到监督和指导的作用，负责检查任务的完成情况。通过具体教学项目的实施，学生对学到的知识能深化理解直至融会贯通，能够全面提升动手能力，从多层次和多角度得到锻炼。其中，项目7和项目8是较为综合的电子系统，有助于加深学生对主要教学内容的理解，激发学生的学习兴趣，提高学生对所学知识的综合运用能力。

另外，考虑到知识的延续性，课题组特意设计了项目5和项目8。这两个项目在数字电子技术中用纯硬件电路实现，而在后续课程“单片机”中还将遇到，以此引导学生考虑问题的全面性，比较两门课程对相同问题的不同处理方法。

2.3 项目举例

名称：汽车尾灯模拟控制系统设计

基本任务：利用双向移位寄存器74LS194实现控制8个LED灯的点亮和熄灭，模拟汽车转向灯。正常行驶时8个灯都熄灭；左转弯时左侧4个LED灯向左依次点亮并循环；右转弯时右侧4个LED灯向右依次点亮并循环；刹车时8个LED灯全部点亮。

扩展任务：①能够进行速度调节；②转弯时发出报警声音。

这个项目是移位寄存器的典型应用。教师首先讲授寄存器和移位寄存器的相关内容，在此基础上引导学生完成基本任务。扩展任务则需要学生自主思考如何实现速度调节，以及查阅资料获取报警电路所需的相关知识，最后通过硬件电路调试完成所有项目内容。

2.4 实施效果

自课题组将理论实验一体化的项目式教学法应用到自动化第二专业的“数字电路”课程的教学后，自动化第二专业学生分析问题、解决问题的能力以及团队合作的能力大幅提升。在项目的实施过程中，学生既可以选择在实验箱上调试完成，也可以选择购买元器件自己制作。对于学生制作的优秀作品，学校会给予一定奖励，以增强学生学习的自信心，提高学生的主动性与积极性。

项目教学法的实施帮助学生更好地理解教学内容，对培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力大有帮助。图1是2012级自动化第二专业的学生 “数字电路”课程考试的成绩分布图。

图1 2012级自动化二专业“数字电路”成绩分布图

从图1看出，2012级自动化第二专业“数字电路”课程考试优良率达到了55%，不及格率降到了3%，考试成绩这一侧面反映了项目式教学实施后的良好效果。

3 结语

本文通过基于项目式的教学理念，对自动化第二专业的“数字电路”课程实施了理论实验一体的项目式教学模式，通过选取典型项目为载体，将理论知识和实践项目完全融合到一起[6]。

(刘春晖等文)

实践证明，改进后的教学模式使辅修自动化第二专业的学生对“数字电路”课程产生了浓厚的兴趣，调动了学生的学习积极性。这种教学模式对于其他的辅修专业的课程教学也有很高的借鉴价值。

[1] 孟彩云.第二专业的教学特色与问题思考[J].北京：中国电力教育，2014， 2：80-81

[2] 丁善耘.对我国高校第二专业现状的思考[J].开封：河南大学学报，2006， (46)6：162-164

[3] 张素.计算机专业“数字电路”创新性实践教学模式研究[J].北京：实验技术与管理，2011，(11)1：83-85

[4] 陈静，李济洲.《数字电路》教学中的项目教学研究与应用[J].淮北：淮北职业技术学院院报，2011，(10)1：118-119

[5] 孙秀娟，刘法胜，黄鹤松等.工科留学生“单片机”课程的项目式教学[J].南京：电气电子教学学报，2014，(36)1：63-65

[6] 朱彩莲.项目教学法在模拟电子技术一体化教学中的应用研究[J]. 北京：中国电力教育，2014，12：80-81

Teaching Reform and Practice of Digital Circuit Course for the Second Major of Automation

LIU Chun-hui,WANG Xiao-ning,WEI Yong-qin,LU Wen-juan,ZHAO Hong-liang

(ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

This article analyzes the features and problems of teaching for the second major in higher college and university. Our research group designed a new project-based teaching pattern to combine theory and experiment teaching together in the Digital Circuit course in our university. The project contents, the teaching methods and the implementation process are introduced in detail. Teaching practice shows that project-based teaching pattern can improve students′ subjective initiative of learning and promote the students to understand and grasp the course effectively.

the second major; digital circuit; project-based teaching

2016-03-25;

2016-04- 29

山东省高等学校精品课程建设项目(鲁教高字[2011]9号)；山东科技大学青年教师教学拔尖人才培养计划项目(BJRC20160504)；山东科技大学优秀教学团队建设计划项目(电工电子基础课程教学团队)(JXTD20160508)；山东科技大学自动化学院名校工程建设项目(MX-JXGG-6)；煤炭高等教育实验室工作研究会研究课题(00201507)

刘春晖(1979-)，女，硕士，讲师，主要从事电子技术及检测技术等方面的教学和科研工作。E-mail:sdustliuchunhui@163.com

G642.0

A

1008-0686(2017)01-0022-04