工程教育专业认证背景下数字电子技术课程改革探索与实践—以倒计时交通灯项目设计为例

刘小虎，邢静

（西安培华学院智能科学与信息工程学院，陕西西安，710125）

0 引言

中国于2016年正式加入《华盛顿协议》成为正式会员，这意味着通过工程教育认证专业的毕业生可以得到协议会员国之间的学位互认。工程教育专业认证，首先强调以学生为中心，将学生和用人单位满意度作为评价参考依据，另外，以学生的学习成果为导向来进行专业教学设计，然后还要通过有效的质量监控和持续跟踪改进效果来提升人才培养质量[1]。

在此背景下，对数字电子技术这一门电子信息类专业开设的专业核心基础课的教学工作提出了更高的要求。同时，数字电路和数字系统的设计方法及设计手段也在不断演化和发展。这都迫使我们需要不断在教学内容、教学方法和教学手段上进行改革。

1 教学改革理念和改革措施

按照工程教育专业认证的基本理念，突出以学生为中心，教师为主导的教学模式，设计以完成真实项目任务为目标的教学过程，通过引出若干个生动真实的项目案例来吸引学生，引导学生想完成这些项目任务，需要掌握哪些知识点[2]。使教学过程变成一个生动的从感性认识到理性教学、到再感性、再回归理性教学的理论实践紧密结合的教学过程[3]。感性教学的实施先于理论教学，在开始理论教学之前，请学生到实验室来认识常用的电子元器件、数字集成芯片等，了解常用电子仪器的使用，并通过感性教学录像和实验演示等多种形式，使学生了解数字电子技术在日常生活中的主要应用，激发学生的学习兴趣；理论教学阶段的重点是让学生掌握基本理论知识和基本技能，同时加强对学生能力的培养；综合提高阶段的教学形式为实验教学和课程设计，即学生进行实战演练，教学重点是学生已经掌握了基本理论知识和基本技能，此时主要加强对学生动手能力的培养[4]。教学过程设计及教学单元设计见图1和图2。

图1 理论实践相结合的教学过程设计

图2 教学单元设计

2 以倒计时交通灯设计为例的教学过程设计和教学单元展示

■2.1 任务引入

首先任课教师会展示倒计时交通灯的实物，并简单介绍交通灯在生活中的重要性，并引导学生如何利用数字电子技术知识来设计一个纯数字电路的倒计时交通灯，激发学生兴趣，调动学生的积极性。见图3。

图3 倒计时交通灯实物展示

然后演示一个优秀学长在老师的指导下，自己认真钻研，并对倒计时交通灯进行技术改进，设计的一个新的倒计时交通灯作品，见图4。通过演示，让学生有了更深的感性认识，进一步激发学生的挑战欲，为后续的学习奠定基础。

图4 电路设计PCB三维效果图

最后给出本项目任务具体的设计要求：采用数字电路实现了20秒倒计时功能，并且在红绿灯变换3秒前有黄灯闪烁功能，能够提醒车辆和行人注意，起到警示作用。

■2.2 理论知识讲解

（1）教师引导学生分析设计任务，分解若干个子任务模块。见图5。

图5 倒计时交通灯组成方框图

（2）根据设计要求，由老师来引导学生进一步分解任务。见表1。

表1 解后的子任务模块及需要掌握的知识点和技能点

（3）让同学们充分利用丰富的校内及校外网络资源和精品课程等来进行人物设计所需知识点和技能点得学习[5]，见图6。

图6 校内及校外网络学习资源

■2.3 动手实操

（1）在理论学习的基础上进行电路设计的仿真分子和验证，见图7。

图7 电路设计仿真

（2）在开放实验室进行实际电路的焊接操作和测试，见图8。

图8 验室实物焊接测试

■2.4 知识深化

在实操过程中必然会遇到各种各样的问题，教师引导学生归纳这些问题，结合所学知识点，并加以分析，然后提出问题的解决办法，并进行知识和能力的延伸和扩展。

■2.5 任务完成后总结点评

根据项目任务的完成情况进行考核打分，让学生在此过程中梳理思路，巩固知识，查漏补缺。同时还锻炼的学生的语言表达能力和逻辑思维能力，见表2。

表2 项目考核表

小组汇报和展示 汇报条理清晰，作品实现设计功能 20%设计报告 规范撰写设计报告 20%总分 100

■2.6 任务拓展

给学习进度及学习能力较强的学生留出拓展空间，进一步提高学生们的学习能力：如何实现智能交通灯的设计？根据车流、人流情况调整红绿灯的切换时间。

3 教学效果

在学校的大力支持下，经过近几年的教学改革，学生们的学习兴趣明显增强，学习热情大涨，麦可思第三方评价也显示，学生们对课程满意度提高。同时，同学们参加全国大学生电子设计竞赛的积极性大大提高，参赛队伍和获奖队伍也是连续增长，教学效果良好，见图9。

图9 近三年参加全国大学生电子设计竞赛获奖情况统计（陕西省赛区）

4 总结

在工程教育认证背景下，积极推动数字电子技术这门传统课程的教学改革，以学生为中心，以学习成果为导向，并持续改进，提高课程的教学质量和教学效果。经过教学实践证明，数字电子技术这门课程教学改革效果良好，并同时实现了：（1）理实一体化教学实一体教学：通过任务陈述、知识点讲解、教师示范、指导练习和点评。（2）项目驱动教学：通过项目对涉及的知识点进行巩固和应用，通过动手实践加强分析问题和解决问题的能力。（3）以赛促学：鼓励同学们参加校内外专业相关的各种比赛，通过大赛来巩固和检验所学知识，在大赛中锻炼，同时也能激发同学们的创新精神。