数字电子技术课程改革实践思路探索

李雅卓　谢正媛　刘霞　祝颐蓉

一、绪论

近年来随着“人工智能”“物联网”“大数据”等新兴技术的高速发展，一场改变人类未来生活方式的技术革命即将到来。这一变革势必会对工业、农业、商业、教育等各个领域产生冲击。在高等教育方面，若仍沿用传统的教育教学模式将难以满足时代发展的需求。因此，对传统教育方式和新型教育方式的优缺点进行总结，探索适应时代发展的教育理念和人才培养模式，不断实践进行教学改革，是每位教育工作者应尽的责任和使命。

数字电子技术是各大电类专业的一门工程基础教育平台课程，该课程既具有很强的理论性和系统性，又有很强的工程性和实践性。通过该课程的教学，教师不仅应传授数字电子技术的专业基础知识，还应培养学生的逻辑分析能力、实际动手能力、解决实际设计问题等各项综合能力，为后续真正参与工程实践打下坚实的基础。

本文以数字电子技术为例，从知识传授、能力培养以及专业素养三个层面出发，探讨现代高等教育的课程改革思路以及实践结果。

二、教学现状分析

数字电子技术主要采用理论教学+实践教学的授课模式。其中，理论教学的授课内容主要包括：逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形以及模数和数模转换电路等。授课方式一般采用线下课堂教学为主，线上教学为辅，逐章讲解的方式。实践教学包括数字电子技术实验和课程设计两部分，要求学生在理论学习的基础上，掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法与应用，具备根据实际问题进行分析、设计与优化的能力。目前，在信息爆炸的大时代背景下，学生在课堂上的专注时长不断缩短，若采用传统的逐一讲解知识点的方式进行授课，将难以在有限的时间内清晰完整地将知识教授给学生。另外，不论是理论教学还是实践教学，该课程的课程目标主要还是停留在知识的传授层面。根据工程教育认证的三大核心理念：以学生为中心、成果导向和持续改进，数字电子技术的理论和实验课程的课程目标应能满足工程知识、设计/开发解决方案、使用现代工具、终身学习等多个方面的人才培养要求。因此，根据课程特点，需要从知识传授层面、能力培养层面和专业素养层面分别进行教学改革。

三、教学改革思路与实践

（一）知识传授层面

为保证在授课过程中维持学生的专注度.只采用传统逐章、逐知识点授课的方式已无法获得较好的教学效果。学生很容易由于授课内容的枯燥且缺乏条理性而无法跟上教师的教学进度。根据以上问题，在知识传授层面的教学改革思路如下：（1）授课前，提前将本节课的知识点梳理出来，展示给学生并阐述各知识点之间的逻辑关系，提前强调重点知识点。（2）授课中，在讲授知识点时应条理清晰，按照概念、原理、应用的顺序进行讲解。在知识点与知识点的过渡时，再次强调它们的逻辑关系，有助于学生在听课过程中实时了解当前讲授知识点在本门课中的地位与重要性。（3）授课结束前，再次总结本节课程讲授的所有知识点，并引导学生进行建设性的思考。

根据以上教学改革思路，在授课过程中笔者采用了Q&A笔记教学法，进行了实践研究。Q&A笔记教学的方法为，在课堂开始前要求学生在笔记本上绘制一个具有3列的表格。第一列为“问题列（Question）”，该列的内容由教师在上课之前给出。第二列为“回答列（answer）”，该列由学生在上课过程中填写完成。第三列为“评论与讨论列（Discussion and Comments）”，该列由学生在课后进行复习时填写完成，如下表所示。

以组合逻辑电路章节中某一次课堂教学过程为例。授课前，首先梳理本次课将要介绍的知识点，列出Q&A表格，如下表所示。该次课将要讲授2个知识点，其中每个知识点均按照概念、原理和应用三个层级进行划分，并以提问的形式罗列在表格的Question栏位中。因此，课程讲授前，学生已经了解了本次课将要学习的知识点以及每个知识点需要掌握的具体内容。在授课过程中，学生需要认真听课，找到这些问题的答案，完成Answer栏位中问题答案的填写。教师在授课过程中也应针对表格内容提醒学生回答表格中的问题，并强调知识点之间的逻辑关系。课程结束前，教师针对表格进行总结，提出建设性的思考题，让学生思考。学生在课后根据教师的总结和提问填写最后的评论和讨论栏位，对相关知识点进行进一步的深入探讨。如果将学生在课堂上的学习过程比做在大海中航行，那么授课前，给出Q&A表格则是提前将航道告诉学生.而表格中的每个问题则是航道中的浮标，在知识海洋中起到实时定位的作用。课堂结束，学生完成全部Answer栏位的填写，即可认为到达终点。而评论和讨论栏位则用来总结航行技巧并注明航道中存在的暗礁（知识难点）。

笔者针对19级学生，在课堂上采用了Q&A笔记教学法进行数字电子技术课程的理论教学.课程结束时对全班进行问卷调查，考察该方法的有效性，调查结果如下图所示。其中，认为该教学方法有效的学生占比达到90%以上。可见，在教学过程中，提前划分课程知识点，采用Q&A笔记教学方法有助于提高学生的听课效率，提高教学质量。

（二）能力培养层面

在知识传授层面教学改革基础上，应进一步注重能力培养。包括知识应用方面的能力和学习能力的培养两个方面。

实验教学过程可作为知识应用方面能力培养的有效手段。实验教学内容应尽量与课堂教学内容紧密结合。实验过程分为3个环节：预习环节、实验环节、撰写实验报告环节。预习环节中，学生通过在课堂上学到的数字电路的分析与设计方法，对实际问题进行分析研究，设计出满足特定功能的数字电路，并撰写预习报告。锻炼分析设计能力和灵活应用知识的能力。实验环节中，要求学生根据实验报告中的设计内容，实现相应的数字电路并利用硬件描述语言，进行程序设计，完成硬件调试，实现FPGA硬件设计，锻炼动手能力。实验过程中应增设验收环节，要求学生主动说明电路设计的原理和操作過程，锻炼沟通和语言表达能力。撰写实验报告环节，要求学生在预习报告基础上完善实验报告内容，对实验结果进行分析总结并写明实验过程中遇到的具体问题和解决方法。通过实验过程三个环节的锻炼，既能帮助学生巩固和加深数字电子技术的相关理论知识.又能培养分析与解决问题的能力、动手能力、灵活应用知识的能力以及沟通和表达能力。