专业认证背景下数字电子技术实验教学改革探索

王先龙 蓝必铁 韦雪娇 郑瑶 张金城

摘要 专业认证背景下，实验教学过程应以学生为中心，教师引导为辅。数字电子技术实验教学改革，首先引入了项目驱动教学方法，以项目驱动为抓手，引导学生主动思考；其次要求学生在实验课程中使用Multisim软件自主设计并调试电路，完成实验项目；最后结合过程考核对学生进行过程评价。本课题的实践结果表明，这种实践教学形式激发了学生的学习热情，提升了学生的综合应用能力及创新能力。

关键词 数字电子技术实验；项目驱动；教学改革；Multisim仿真

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.024

近年来全国高校工程类专业陆续开展工程教育专业认证，这是对高校现有工程类专业的一种专业评价，以评促建，以建促改，各高校通过专业认证的方式来保证专业人才的培养质量。专业通过认证表明专业人才培养质量实现了国际实质等效，意味着该专业毕业生达到各工程教育专业认证国家行业认可的质量标准。专业认证要求在人才培养的全过程体现“学生中心、产出导向、持续改进”的基本理念[1]。作为实现专业培养目标的载体，课程体系根据工程教育专业认证标准与要求进行优化是其中至关重要的环节[2-3]。

专业认证背景下，数字电子技术实验课程是否实现教育目标围绕学生进行，教学设计聚焦学生的能力培养这一目标，是每一位任课老师需要思考的问题。相较于其他课程，数字电子技术实验课程不仅具有很强的理论性，而且还具有很强的实践性和应用性[4]。该课程对应的实验教学内容主要包括组合逻辑电路、触发器、时序电路测试、集成计数器及寄存器、译码器和数据选择器等组成。一个合理的教学设计和教学实验项目，能够促进学生实现理论知识和实验项目相互印证这一过程的完成，从而加深对理论知识的理解和把握，并转化为内在的认知。

1课程教学现状

数字电子技术飞速发展，使得“数字电子技术”课程内容得到了扩展，需要教师对数字电子技术前沿进行研究并介绍，这无疑对本就紧张的学时安排提出了更高要求。在课时相对固定的条件下，教师决定着教学内容和教学进度，大多老师在教学方法的选择上仍然采用传统的“老师教，学生学”的教学模式，课堂的主体仍然是教师，学生习惯跟随老师学习[5]。在教学过程中师生互动较少，不利于激发学生的学习热情。学生是被动接受者，对自身未来无明确规划，在课程学习过程中也无明确目标，不会有意识地培养自己的专业技术能力和创新能力。

同时，大部分高校数字电子技术课程实验项目受限于实验仪器设备及实验条件场地等因素，实验项目设置多为简单基础的验证性实验，缺少设计性综合性的实验。大部分学生课前没有预习实验内容，在实验过程中简单参照电路图完成接线，验证实验现象即完成实验。学生缺少主动思考的意识，只是简单的为了实验而实验，即使在实验过程中遇到了问题，大多数学生还是不能用所学的理论知识解释实验，解决实验问题。其次，在学生实验过程中，教师缺少对学生实验全过程进行有效的监督检查，缺少过程考核。这种实验教学模式对学生工程实践和创新能力的培养作用较弱，达不到专业认证的要求。所以，数字电子技术实验课程教学改革势在必行。

2改革策略

2.1以学生为主体

数字电子技术课程的应用性和实践性很强，其知识点在学习过程中前后是一个紧密相连的完整的知识体系。在学习基础理论知识的同时强调对理论知识的应用，强调理论联系工程实际。在实际教学中教师需要激发学生学习的积极性和主动性，进而提高学生学习该课程的兴趣。鼓励学生独立思考、独立分析问题及解决问题。在实验实践环节中突出对技能的培养，学生逐步学会分析电路，学会电路的设计思路，学会检查和排除故障的方法[6-7]，学生尽可能地应用所学理论知识解释实验现象，能够逐步学会设计调试电路，进而分析和解决复杂问题，真正掌握电路的工作原理。整个教学过程以学生为主体，教师引导学生完成实验项目。教师在学生遇到问题时给予适当的引导提点，激发学生的学习热情和创新意识，更好地培养学生的实践创新能力，达成预期培养目标。

2.2运用项目驱动教学方法

在实验教学中运用项目驱动教学法[8-9]，以项目驱动为抓手，要求学生在实验过程中主动思考，不可被动模仿。项目驱动教学法有效应用的前提是需要设计好学生自主探究的实践环节，好的实践环节能能促进学生对课堂理论知识的吸收，提高学生学习课程的兴趣，培养学生对理论知识的应用能力。项目驱动教学法打破了理论教学和实验教学的隔阂，将理论教学中的课程重点难点内容以项目的形式呈现，激发学生的学习主动性，学以致用。学生在完成项目的过程中带着问题积极思考，相互交流，相互学习，在完成一个一个项目的过程中学生获得学习快乐的同时，其自学能力也得到较大的提升。项目驱动教学法改变了传统的教学方法，从“老师讲”转移到“学生做”[10]，以学生为主，教师为辅。同时增加软件仿真的教学内容，大大的激发了学生学习的热情，充分激发学生的学习的创造性。

2.3引入过程考核

过程性考核就是把学生学习的过程进行量化，并把量化后的指标纳入评价体系。数字电子技术实验课程实行过程考核和期末考试成績相结合的评价办法，即：数字电子技术实验课程成绩=过程考核（40%）+实验报告（20%）+期末考试（40%）。数字电子技术实验课程成绩组成介绍如下：

平时考勤占总成绩的10%，旷课一次扣1分。各个实验分成若干个小项目，对实验过程中完成的每个小项现场答辩验收，完成验收获相应分。过程考核占总成绩的30%。实验报告依据完成质量给分，该部分占总成绩的20%。期末考试采用闭卷考试，该部分占总成绩的40%。考试内容包括：实验操作、实验数据处理、实验答辩及主观题。

2.4对教学内容进行改革

将Multisim引入实验教学环节。Multisim仿真软件在实际工程应用中备受青睐，具有形象直观的特点。Multisim仿真软件的引入，激发了学生学习的热情，有助于学生对抽象知识的理解，扩展了学生学习的内容，提升了学生对知识的综合应用能力及创新能力。

3案例实施

使用Multisim软件，以设计4位异步二进制加法计数器为例，对教学实验项目进行仿真。

3.1设计思路

根据时序测试实验要求设计4位异步二进制加法计数器。根据实验设计要求，4位异步二进制加法计数器共有16种计数状态。4位异步二进制加法计数器状态表如表1所示。

通过表1对4位异步二进制加法计数器状态表的分析，学生可以清晰地知道计数器的各种计数状态，T'触发器的特性方程及驱动方程和时钟方程的分析可为后续的电路设计学习做好铺垫。

3.2教学应用

4位异步二进制加法计数器电路如图1所示，通过分析电路时序我们发现异步计数器各个触发器的时钟不是来自同一个时钟源，状态变化时，有的触发器与时钟同步，有的则滞后一些。设定各触发器的初始状态，在清零端加负脉冲，计数前使得Q4Q3Q2Q1=0000状态，计数过程中清零端加正脉冲。

图1仿真电路接线图中使用逻辑分析仪对仿真工作波形进行观察，逻辑分析仪输出波形如图2所示，通过仿真测试波形图，我们能形象直观的看到各点时时对应的波形。结果显示图1电路实现了4位异步二进制加法计数器设计要求。当第一个时钟脉冲CP下降沿到来时，U1A触发器由初态0状态翻转为1状态，此时计数器状态为Q4Q3Q2Q1=0001状态。U2A只有在Q1由1→0时翻转；U3A只有在Q2Q1=1时翻转，其余保持；U4A只有在Q3Q2Q1=1时翻转，其余保持。即前一级的下降沿触发后一级的翻转，实现16分频。

结合Multisim软件进行数字电子技术实验仿真教学，可以让学生在进行实验箱操作的同时能直观地观察个点输入输出的波形，加强了学生对实验课程基础知识的理解，激发学生主动学习的热情，有利于接下来引导学生学会设计电路，调试电路。

4教学改革效果

通过数字电子技术实验课程教学改革实施，上课过程中学生思维变得活跃，学生积极参与课堂教学，积极申请大学生创新创业计划。近两年数字电子技术实验课程成绩对比如表2（p77）所示。由表2可知，2021年存在不及格的学生，占比4%，在2022年数字电子技术实验课程在实行了课程改革后，没有不及格的学生；60―70分数段的学生由2021年的占比57%下降到2022年的17.5%，说明学生对数字电子技术实验基础知识的掌握大幅提高；70―80分数段的学生由2021年的占比32.5%提升到2022年的55%，中等层次的学生占比提升幅度最大；80―90分数段的学生由2021年的占比6.5%提升到2022年的19.5%，良等层次的学生占比提升13%；90分以上的学生实现了零的突破，一共4人，优秀率为8%。通过教学改革实践，教学效果明显。

5结语

在专业认证背景下，文章对梧州学院电信类“数字电子技术实验”的教学现状进行了分析，提出了实验教学过程应以学生为中心，教师引导为辅。在数字电子技术实验教学改革中建立了有效的项目驱动机制，引导学生主动学习，相互学习，在完成项目过程中获得学习的快乐。为了拓展教学方法，在实验教学过程中使用了Multisim仿真软件，引导学生学会设计调试电路，着重培养学生设计能力和仿真能力。在实验课程总评时加入了过程考核部分。教学改革探索结果表明，学生的学习热情及学习主动性得到了很大的提高。数字电子技术实验教学改革有效促成了人才培养目标达成，推动了专业人才培养质量的不断提升。

*通讯作者：蓝必铁

基金项目：教育部第二批新工科研究与实践项目（EDZYQ20201426）；梧州学院教育教学改革工程立项项目（WYJG2022A029）。

参考文献

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[4]王冠钰，朱恒军，石翠萍.“数字电子技术”课程教学改革与创新[J].科技视界，2022（7）：72-74.

[5]宋红青，石琳.项目驱动教学法在高职思政课教学中的应用[J].公关世界，2022（14）：106-107.

[6]王冠钰.“数字电子技术”课程教学改革与创新[J].科技视界，2022（7）：72-74.

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