基于工程教育认证的数字电子技术课程教学探索

方 凯，梅 烨，陈志楚

（湖北汽车工业学院电气与信息工程学院 湖北 十堰 442002）

数字电子技术作为湖北汽车工业学院电气类专业的一门工程基础课，它是后续相关课程，如电力电子技术、计算机控制系统等的先修课。学好数字电子技术这门课程，对于夯实学生的专业基础，激发研究兴趣，增强动手实践能力都具有重要意义，同时也是培养工程应用型人才的重要组成部分。

多年来，数字电子技术教学中存在一些问题，比如内容上概念抽象、电路多变复杂，学生感觉内容乏味、实践能力培养不够，以“教”为主的知识传授方式不能激发学生的自主学习潜力[1]。而且近年来随着课程学时数的压缩，学习效果难以得到保证，这些问题都直接影响到教学效果。为了使学生掌握好数字电子技术，培养实践动手能力，笔者对课程教学进行改革，落实以学生为中心，以产出为导向，持续改进等理念，使课程教学内容、授课方式、教学手段更好地适应工程教育专业认证的培养要求，提高人才培养的质量[2]。

1 教学内容和授课方式的改革

在电气类专业人才培养中，专业人才培养方案对数字电子技术这门课提出三个毕业要求观测指标点。课程组针对这三个毕业要求观测指标点提炼出三个课程目标，分别是：

①应用二进制数制码制、二进制运算规则等基础知识完成二、八、十六进制和十进制数码的转换和计算；分析门电路、触发器等器件的基本结构和原理，将逻辑变量、逻辑变量二值状态体系与实际电气类系统的高低电平、脉冲有无、开关通断等建立关联，将与或非基本逻辑运算与工程控制联系起来；能运用公式法、卡洛图法等化简逻辑表达式；

②应用组合逻辑、时序逻辑的分析和设计方法，分析汽车电器系统中的采样、显示、计数和控制等功能模块，并能运用集成门电路、数据选择器、译码器、触发器、寄存器、计数器等中规模器件搭建满足相应需求的电子系统；

③能够使用信号发生器、示波器、万用表、面包板等数字电子常用实验仪器、设备对常用组合逻辑电路、时序逻辑电路的输入输出关系进行测试，并根据测试结果分析和验证其功能。

这三个课程目标具有循序渐进、相辅相成的关系。为了达成这三个课程目标，笔者对课程48 学时数做如下安排：理论教学环节40 学时，实践环节8 学时，除此之外，课程还安排了过程训练32 学时，它包括24 学时的课外作业和8 学时的课外项目设计，前者用来对课本教材上的电路模型进行分析和设计，后者用来创新设计数字电子电路，并分析电路的性能，它不仅解决了压缩课时后学时不足的问题，而且还着重突出了以学生为主体，强调学生自学，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的综合能力，最终达到从知识到能力，再到素质的全方位培养[3]。

教学中对一些抽象的电路采用案例教学的方式，比如计数器电路，笔者从数字电子钟的实物开始介绍，阐明数字电子钟的计时过程，再给出实际的计时器电路，笔者从中归纳出计数器电路模型，再讲解电路的结构、分析方法和分析结论。

这次教学方式改革最大之处是课外学习部分，笔者考虑到过程训练的可操作性和可评价性，希望既注重专业特点，又不占用过多课外时间，给学生造成过大的学习负担。过程训练包括三份课外作业和一个课外项目设计，课外作业是对每一章知识点的总结和巩固，这个过程紧跟课堂教学，旨在让学生较快地掌握基础知识，并能形成一种系统模块化的分析思维。课外项目针对电气类专业的特点，设计了多个题目，学生可以选择其中一个，也可以根据科技竞赛或大学生创新训练项目自拟题目，2―3 人一组，推选队长，制订计划，安排分工，团队通过查阅资料，设计电路图，完成实物的制作，最后撰写设计报告和进行项目答辩。教师在课程学习中期发布任务，学期结束时验收和答辩，学生有半个学期的时间来设计和制作课外作品。课外设计项目的实施，实质上给了学生一次项目式学习的机会，能激发学生自主学习和主动学习[4]。课外实验项目考核时，强调学生的知识综合运用能力，教师根据课外项目的设计水平、制作质量、分析完整性、设计结论、实物功能和答辩表现等做整体性的评价。通过2023―2023 学年的实施情况来看，这个环节极大地调动了学生的学习积极性，很多学生已经加入学校的科技竞赛团队，如“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“恩智浦”杯智能汽车竞赛、中国高校智能机器人创意大赛等，他们在竞赛训练中汇集了大量的数字电子技术问题亟待解决，这个环节中，学生非常积极，在课堂和课后主动找教师讨论他们的课题，他们对问题的分析和解决思路超出了笔者的预期，效果显著。

2 授课方式的改革

在授课方式方面，做到以点带面，注重引导学生形成知识体系，不是对所有的知识点进行面面俱到的讲解，而是对重点知识进行精讲，并通过每次课对上次课的知识进行回溯和总结，以及对本课时知识点的提炼和延展，帮助学生梳理知识结构，引导学生形成模块化的电路分析方法，不断提高课堂教学的效率。比如在介绍译码器电路时，笔者重点讲解译码器和编码器的关系，从而分析译码过程与编码过程之间的对应。再比如多谐振荡器电路，笔者重点介绍多谐振荡器的概念，以及运用555 定时器搭建多谐振荡器，让学生掌握集信号发生器电路的分析方法，形成一个知识链，为今后学习电力电子技术和电子技术综合训练打下基础。

授课方式方面，数字电子技术课程传统的教学方式是教师在PPT和黑板上按推理或演绎思路进行逐步讲授，学生一边听教师讲课，一边记笔记，一边思考相应的问题，听课的效率比较高，缺点是信息量小。而近年来，MOOC、学习通APP等互联网授课方式不断出现，线上线下混合式教学的优势逐渐显现，图文声貌相结合，师生互动相辅助，学生提前预习和自学课程视频，大大丰富了课堂教学的形式，使教学过程更加生动，课堂上和课堂下学生与教师的互动增多，学生的学习积极性明显提高。

在实际教学中，笔者根据课程的教学需要，充分发挥多媒体和板书的功能，把多媒体教学手段与传统教学模式相结合，从实际出发，寻找最佳结合点，在一般知识点介绍、内容阐述、电路应用等方面用多媒体教学；在重要公式推导、习题讲解时用板书教学。突出教学重点，解决难点，合理使用多媒体教学手段和传统教学模式，充分发挥两种模式各自的优势，拓宽学生知识面。另外，学生可以在教师的指引下，在课后对薄弱环节和感兴趣的章节进行自主再学习，巩固知识[6]。

3 理实一体化模式

教师将数字电路仿真融入教学，激发学生的学习兴趣。本课程中，许多数字电路系统的分析与设计逻辑关系复杂，学生难以掌握其工作原理、逻辑功能以及物理意义。为使抽象复杂的逻辑关系直观化，笔者在课堂教学中充分使用多媒体、动画和Multisim 仿真软件等现代教学工具，将数字电路系统的抽象逻辑图像化，直观呈现其工作原理和逻辑功能。然后学生根据所学知识进行电路方案设计和参数设计，培养学生分析问题、解决问题的能力，做到理论联系实际，理论实际相辅相成，实现理实一体化。

4 融入课程思政

4.1 工匠精神

工匠精神是新时代工业发展和经济建设的内在需要，是当下高校思想建设的重要内容。教师搜集素材融入教学中，引导学生专心学习，专一做事，比如：华为和格力电器等公司数十年如一日，不断坚守创新，通过自主研发，保持企业的核心科技竞争力，给民族名牌带来了无穷的生命力。另外，在课程实践环节中，学生设计和调试电路时，苦于不能得到电路原理图应有的结果，这时，教师可以通过亲身示范调试电路，找出电路的问题，告诉学生工匠精神的重要性，让学生在实际操作中体验认真和专注做一件事的意义。

4.2 爱国主义

爱国主义是课程思政内涵的升华。许多电子技术专家在国外学有所成且拥有优越的科研和生活条件，但为了投身于新中国的工业和科技建设事业，他们冲破各种障碍，毅然回到祖国，将毕生所学奉献给祖国。这样的案例有很多，教师有目的地去收集并在教学中展现给学生，激发学生的爱国热情。

4.3“四心”精神

数字电子技术课程有很多实践环节，通过这些环节能培养学生的理论联系实际和动手实践能力，同时，也是锻炼学生“四心”，即虚心、细心、耐心、恒心的过程，提高学生团队合作，互帮互助的意识。课程思政元素以“现身说法”的形式出现，比起“讲故事”的形式，可以更好地获得学生“认同感”从而引发“情感共鸣”，做到课程思政育人润物细无声。

5 亮点和不足

电气类专业工程教育专业认证对学生的学习能力和动手能力提出了一定的要求。因此在数字电子技术教学中，教师应该给学生更多思维训练的机会。在数字电子技术教学中，教师的作用是将知识结构勾画出来，将重难点讲述出来，将知识系统架构起来，培养学生的自学能力和实践动手能力。重点精讲，难点深讲，同时利用案例式教学方式激励学生参与到教学活动中来，积极动手实践，不仅按时按量完成课内课外实验，还要和专业学习和科技竞赛结合起来。

数字电子技术是一门动手实践性极强的课程，教师可以把有些难以理解的电路分析过程省略掉，取而代之用具体的实验数据或者仿真波形来反映电路的特性，让学生避开枯燥的公式推导，更加轻松地掌握好相关的数字电子技术知识，理解它们的功能和特点，锻炼实践动手能力。

不足之处也有很多，首先，课外实验项目实施的过程中，学生设计制作项目需要开放性实验室，学校的开放性实验室数量有限，学生没有足够场所完成电子电路的仿真调试。其次，学生充分发挥主动性，根据阅读文献，查找资料，设计的很多电路非常考验教师的知识水平，所以教师也需要加强学习，不断更新知识结构，跟学生一起解决问题。一些更好的教学方法在今后的工作中还需不断去探索。

6 总结

总之，在电气类专业的数字电子技术课程教学过程中，教师根据工程教育专业认证的要求，融合OBE 理念，围绕应用型人才培养的目标开展教学，使学生打好基础，拓宽视野，在有限的课时内，锻炼学生分析问题、解决问题、自主学习和动手实践等能力。当然，教学中还有不足的地方，如针对当前数字电子技术的发展给教学内容带来的影响，如何重构教学内容，这还需要笔者今后进一步的探讨。