数字电子电路课程群教学的改革与探索

◇武汉轻工大学 谢 妍 周 劲 康胜武 李素芬

依据工程教育认证要求，对电气工程及其自动化专业培养计划中的数字电子电路课程群的教学进行了改革与探索。数字电子电路作为本专业的一个重要的课程体系，其对于本专业学生毕业能力的达成有着重要的贡献。为此，本文从教学内容的整合、知识的衔接及终身学习能力的培养等多方面，对数字电子电路课程群开展了相关的改革和探索。这是一个不断优化持续改进的过程，今后，我们将继续开展改革与实践，最终实现专业教育质量的不断提升。

1 引言

随着我国加入《华盛顿协议》，具有国际实质等效的工程教育专业认证工作就在全国高校各个专业火热开展起来。工程教育专业认证的核心思想，就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准，是以培养目标和毕业出口要求为导向的一种合格性评价。因此，工程教育专业认证要求专业课程体系设置必须围绕学生毕业能力达成的核心任务展开，并建立有持续反馈改进的机制，从而保证专业教育的质量[1-2]。

从电气工程及其自动化专业的相关培养要求来看，数字电子电路课程群涉及的课程体系主要包括有：数字电路、电子测试与实验、电子实习、电子课程设计、专业实习、EDA技术、专业课程设计、毕业设计等。这些课程，不仅包含有本专业的工程基础知识，也包括有知识的应用与实践环节、理论的提升与应用环节，因此，数字电子电路课程群对学生毕业能力的达成有着重要的贡献[3-5]。

在工程教育专业认证的大背景下，本文将认证的基本理念应用于数字电子电路课程群的教学改革，努力提高教学质量，最终以达成培养学生能力的目标。

2 以能力培养和成果导向为目标的课程群体系的设置

根据工程教育专业认证的要求，让同学们具备本专业相应的毕业能力是我们的培养目标。为此，在专业课程的设置上，我们不仅要让同学们掌握相应的一些理论知识，还要注重培养同学们的终身学习和灵活应用的能力，从而才能具备有与“解决电气工程领域复杂工程问题”相匹配的能力。能力的培养是循序渐进的过程，而成果导向则是目标明确、内容明确、可测可量的。在以成果导向为目标的课程教学过程中，逐步实现同学们能力的养成。

数字电子电路课程群以数字电子电路为对象，由浅入深，从工程基础理论知识的学习到对复杂工程问题的解决，让同学们能通过相关课程的学习获得相应的能力。为此，我们的专业培养方案中，设置了相关的理论知识课程和实验实践环节。同学们用理论知识去解决实际问题，并通过实践不断巩固和加深对理论知识的理解和深化，从而实现我们的以学习成果为导向的目的，并在此过程中培养学生的某些能力。

（1）理论课程设置。数字课程群的理论课程设置，主要包括数字电路、EDA技术这两门课程。其中，数字电路课程，主要让同学们掌握数字电子电路的一些基本理论和基础知识，从而具备对中小规模的数字电子电路进行分析和设计的能力。主要知识内容包括：掌握常用集成器件原理、符号、功能；掌握组合电路和时序电路的分析及设计方法，能实现对中规模集成电路为主组成的数字系统的分析和设计；掌握脉冲电路、模数-数模转换电路、存储器及可编程逻辑器件的原理及常用电路的设计；掌握基本的数字系统的设计方法；初步学习集成电路硬件描述语言Verilog HDL等。

EDA技术这门课程是在数字电路课程知识的基础上，以大规模可编程器件的开发软件为设计平台，以计算机和可编程逻辑器件等数字电子电路为硬件载体，用HDL（Hardware Description Language，硬件描述语言）对系统逻辑关系进行表达，在软件平台上完成电路的逻辑编译、逻辑仿真等，再通过对特定目标的编译、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑映射、编程下载等，从而完成复杂数字电子电路的软件设计到硬件实现的过程。课程的主要教学内容包括：开发工具的学习使用；硬件描述语言的学习和应用；复杂数字电路的设计方法及其应用。由于该课程内容既涉及到软件，也涉及到硬件，因此知识的综合面较广，工程实践性也较强。通过对课程的学习，能让同学们较全面的掌握数字电子电路的工程理论知识和工程研究开发的思维及设计应用。结合前期的数字电路课程，EDA技术通过针对性的专业知识的理论学习和应用开发实例的设计，循序渐进，让同学们能够掌握数字电子电路的EDA设计方法，具备EDA技术的设计能力，这对同学们的工程能力的培养是非常重要的。

（2）实践性环节设置。作为工程类的专业，理论知识最终必然会转化为工程实践内容。因此，为满足对理论知识的掌握、巩固和灵活运用的要求，实验实践性环节就成为我们在学生能力培养过程中非常重要的且不可或缺的环节。

对基础理论知识的学习，通过验证性的实验环节来巩固，如电子测试与实验、EDA技术课程实验。而对于知识的深化理解和灵活运用，则开设了电子课程设计、专业课程设计等环节，基于恰当的开发工具实现对数字电子电路的仿真、测试、分析和研究，实现对知识的深入理解和工程应用。结合数字电子电路应用的具有软件硬件相结合的特性，我们也开设了电子实习、专业实习和毕业实习环节等实践动手环节，配合理论的深化学习过程，将工程项目对象中的硬件与软件开发结合起来，让同学们完成对数字电子电路从知识理论到工程应用、从软件到硬件的由浅入深的学习过程，从而最终达到使同学们能具备解决复杂数字电子电路相关工程技术问题的能力的目的。

3 改革与实践

（1）知识体系内容的整合与相互衔接。作为组成数字电子电路课程群的每门课程各自的教学内容而言，其知识内容存在着一定的重叠性和相关性。如何合理地配置课程群中各门课程的知识内容和相应的课时，是我们每次进行培养计划修订的一个重要内容。其中，数字电路和EDA技术课程，从基础的数字逻辑基本理论，到小规模、中规模数字电子电路的分析与设计，再到复杂数字电子电路的可编程设计，重点完成数字电子电路相关理论知识的讲授。结合理论的讲解内容，配套的课程设计环节主要培养学生对所学的理论知识的工程应用思维，基于实际的设计对象，在开发软件平台上完成从中小规模到复杂数字电子电路的开发设计、仿真测试与调试。最后，在实习环节，完成整个数字电子电路学习的软硬件配合到完整的工程实现。整个知识体系的构建，知识内容的整合与衔接，都是以有效培养同学们对复杂数字电子电路的工程问题的解决能力为目标的。

（2）终身学习能力的培养。以工程教育专业认证的教学要求而言，终身学习能力的培养，是评价我们课程教学质量优劣的一个重要方面。如何在数字电子电路课程群的教学中，培养同学们终身学习的能力，也就是掌握对数字电子电路自主学习的能力，这是一个需要我们不断探索和改进的课题。“授人以鱼不如授人以渔”，以学生为中心展开教学，并建立有效的“评价-反馈-改进”的循环机制，持续地进行教学方式方法的改进，从而实现我们的课程目标与学生获得的能力相一致的目的。

为此，我们对数字电子电路课程群相关课程的教学方式方法也进行了不间断的调整和改进。包括：①引入新的教学手段教学平台，比如超星“三平一端”网络平台、微助教等，提供良好的线上沟通环境，从而对我们的线下教学过程进行补充和完善；②改进成绩评价机制，强化过程考核，加强学习过程和学习中间目标完成情况的监督和反馈。③教学中，更注重培养学生的自主式学习、启发式学习、贯穿式学习的理念，如向同学们推送更多地丰富的课外资源、引入更多地创新性设计课题、结合模拟电子技术、DSP技术等其他课程开展对复杂电子工程系统的分析与设计等等，将封闭的课堂逐渐开放，不仅注重教给同学们知识，更注重教给他们能力。

4 结语

以培养符合本专业毕业能力的工程专业人才为目标，我们不断的进行数字电子电路课程群的改革，从开始开展工程教育专业认证准备开始，课程群的修订过程已经进行了三轮。在引入“评价-反馈-改进”的理念基础上，我们从教学内容的整合、知识的衔接及终身学习能力的培养等多方面开展了实践。将数字电子电路课程群的教学，以一个整体的知识体系为规模进行，利用现代的教育教学手段，优化学习内容和课时设置，在单向的教学过程中注入反馈，从而将整个教学过程形成一个闭环，将单纯的知识传递上升为对学生专业学习能力的培养，用提升教学效果来实现我们教学质量的提高。学校发布的最新数据表明，2020年我们专业的就业率依然高达近90%。

随着科学技术的进步，知识是不断更新的，只有具备了终身学习的能力，才能让同学们在未来的学习深造和社会工作中，能坦然面对各种复杂工程问题的挑战，不断地提升自身的社会价值。