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摘要:针对“数字电子技术基础”课程实践性强、传统教材知识陈旧、传统教学方法落后、教学手段单一、考核方式“重理论,轻技能”、教学效果差的实际情况, 笔者在教学过程中摸索出了一套既有新意又便于实施的寓教于实践的教学模式。该模式符合学生的认知水平,并能最大限度调动学生的学习积极性。4年的教学实践证明,该教学模式是有效而且切实可行的。
关键词:教学模式;考核模式;数字电子技术
作者简介:刘艳昌(1979-),男,河南新乡人,河南科技学院信息工程学院,助教,工程硕士,主要研究方向:工业过程控制、建模与优化、智能信息检测技术。(河南 新乡 453003)
“数字电子技术基础”课程是电气、电子信息、计算机类专业的一门应用性很强的技术基础专业课。该课程知识覆盖面广,涉及内容多,更新发展快。它不仅具有一般技术基础课比较完整的知识体系,而且也能为“微机系统与接口技术”、“单片机原理与应用”、“数字信号处理”、“自动控制原理”等后续课程打下坚实的基础,还具有很强的逻辑推理和实践性,即课程内容都是从工程实践中得来的,每一个典型的电路就是一个成熟的电子产品,与生产实际和工程应用的结合十分紧密且应用十分广泛。如何充分调动学生的学习积极性,恰当运用现代教学技术、方法和手段,突出学生动手能力、创新能力、学习能力、实践能力和团结协作能力的培养,全面提高该课程的教学质量与教学效果,是摆在每一位教师面前的重要课题。面对21世纪电子信息技术的飞速发展和社会对人才的需求,我们在培养模式上必须以培养能力为中心,以适应社会需求为目标,以培养技术应用能力为主线,以学生未来发展潜力为着眼点来设计人才培养的知识结构、能力结构和素质结构,努力为社会培养综合素质较高、适用面较宽、技术应用能力较强的高素质的应用型、技能型人才。因此,我们必须对该课程进行改革。
一、目前教学中存在的问题
1.教学理念比较陈旧
面对电子信息技术的飞速发展,由于使用教材内容更新速度太慢,未能反映目前电子技术飞速发展所涌现出来的新知识、新技术,从而导致所讲内容不能追踪学科前沿,不能适应时代的发展,没有与时俱进,教学理念比较陈旧。
2.忽视了学生动手能力、创新能力、实践能力和协作能力的培养
大多院校偏重理论知识的传授而忽视对学生实践技能的培养,侧重于理论验证性实验而忽视综合性、系统性和创新性实验,而且实验往往停留在低水平重复及封闭模式内,未能将计算机辅助分析与设计引入到实验中去。
3.教学手段单一
教学中没有很好地利用多媒体、信息、网络等现代教育技术,仍采用一支粉笔满堂灌的做法,课堂实验演示仍采用耗费时间长的实验板演示,实验结果易受外界信号干扰影响,实验现象不明显,使教学效率和教学效果都不好。
4.考核方式比较单一
在以往的考核方式中,仅以理论成绩决定考核情况,而忽视实践教学检验成绩的作用。因此,能力的培养仅仅是一句空话。
针对以上问题,我们根据电子技术发展的特点,以“时代性、实践性、创新性”为指导思想,对电子技术课程的教学改革进行了一些探索。
二、理论教学改革
理论教学的第一项任务就是阐明学习“数字电子技术基础”课程的目的和意义。说明该课程在信息科学技术领域的地位和作用,所涉及知识技术领域的发展现状和应用前景,以及学好有关知识的方法和手段,以激发学生学习知识的兴趣。
1.理论学习
理论学习过程中,应使学生建立系统的观念、工程的观念、科技进步的观念,以便更好地培养学生的创新意识。及时将相关领域发展的最新状况、科研与教改的最新成果融入到教学中。不仅为学生学习后续课程打下坚实的基础,而且也拓宽了学习新知识的视野,激发了学生的学习激情。
2.教学内容
教学内容除了以门电路→组合逻辑电路的分析和设计,触发器→时序逻辑电路的分析和设计和数字信号的产生与整形为三条主线进行理论教授外,还必须紧跟时代前进的步伐,使其尽可能快地反映数字技术和设计方法的最新成果。教学中应特别强调理论联系实际,克服理论性过强的倾向,尤其应当结合社会需求和毕业生今后从事的工作岗位,从实际出发,改善课程内容,打破学科性,减少理论性,增强实践性,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。例如,将传统教材以TTL集成芯片为主线的教学内容改革为以占目前销售和使用份额85%以上的CMOS、BICMOS集成芯片为主线,适当加大大规模集成电路器件结构和功能的讲解。又如,应加大作为数字设计主流器件的可编程逻辑器件的讲授力度,重点讲解“运用通用阵列逻辑器(GAL)”、“现代可编程门阵列器件(FPGA)”等现代数字器件构成数字系统的内容,让学生就业时“技高一筹”。再如,增加用硬件描述语言设计数字系统的内容,[1]使其占整个理论教学学时的1/3以上。将数字电路基础理论、设计方法与硬件描述语言VHDL或Verilog HDL相结合,[2]用HDL设计门电路、触发器、组合电路、时序电路、存储器及数字系统。
3.教学方法
教学方法是实现教育目的、完成教学任务的基本手段。教学的组织要充分体现启发式教育,重在“自学能力”和兴趣的培养。
建立理论教学“板书+PPT+EDA仿真+课后自主复习+网络教学平台”五维立体的教学模式。要针对课堂教学内容,加强课后巩固环节,推广EDA技术仿真实践的应用,[3]克服单一的板书式教学和多媒体教学手段所存在的弊端,把以板书为主的传统教学手段和多媒体教学手段有机地结合起来,这不仅能增加课堂信息量,开阔学生的视野,还能使教学形式更加生动形象。尤其是那些在课堂上不便或没时间画出的电路图、电路器件等,制作成多媒体课件后,可以集图、文、声、像、动画于一体,为教学中的视听结合提供了条件,加深了学生的印象。将多媒体技术合理引入课堂教学,不仅有利于提高学生的学习兴趣和专业兴趣,营造和谐互动的课堂氛围,还有利于培养他们解决相关实际问题的创新思维能力,以达到提高教学效果和教学质量的目的。在网络课堂中设置平时作业、答疑、师生讨论、问题集锦等栏目,方便学生根据自身需要进行自主学习,做到发现问题及时解决。网络课堂扩大了课程的受益面,与课堂教学互补,可以实现因材施教,并能缩短师生距离,加强教师与学生、学生与学生之间的交流与沟通,有助于提高学生学习的主动性,激发学生的学习热情和潜能。
三、实验教学改革
对工科学生而言,实验教学是培养学生工程意识的有效途径。传统的实验教学以测量性、验证性实验居多,不利于学生独立思考能力的培养和个性的发展,束缚了学生创造力的发挥。[4]为加强“数字电子技术基础”课程的教学效果,提高学生的学习兴趣、动手能力、协作能力、创新能力及应用理论解决实际问题的能力,实验教学改革势在必行。
1.减少验证性实验, 增加设计性实验,加强综合性实验
验证性实验对于学生综合能力的提高益处不大,只需按部就班地进行。而设计性、综合性实验要求学生独立思考,[5]运用理论知识和工程观念分析问题、解决问题。对于复杂的综合设计实验教师仅给出设计要求、简单的设计原理和设计思路,中间过程需学生自由发挥,自己完成查阅资料、设计电路、初步论证、修改调整电路、形成结果等过程。如设计交通灯控制电路,让学生根据给定的实际问题按照所学进行逻辑电路的设计,自行从抽象逻辑变量→列真值表→用卡诺图化简→写出最简式→画出逻辑图→选择元器件→连接电路直至调试完成设计任务。对于同一个实验可以有多种不同的设计方案。教师可根据学生的需要,适当解释、引导学生进行思考、交流。这样的设计实验不仅可以提高学生活学活用所学理论知识解决实际问题的能力,还可以增加彼此间的协作能力,并为学生毕业设计、走上工程技术岗位打下良好的基础。
2.设置硬件和软件结合的实验平台
传统的实验手段与先进的EDA仿真技术相结合,特别是设计性、综合性实验前,学生借助Multisim仿真软件辅助数字电路设计,不仅提高了搭建硬件实验电路的成功率,调动了学生参与设计的积极性,而且学生可以利用该软件进行自主创新设计,通过软件仿真进行各种测试分析,调试、修改和完善自己设计的电路,硬件实验验证成功后,再做出实际的硬件电路,最终达到事半功倍的效果,从而大大提高学生电路设计水平和分析问题、解决问题的能力,激发他们的创新意识。
3.参加科技大赛, 提升创新能力、实际工程应用能力和团结协作能力
对于个别优秀的设计,我们因材施教,鼓励和督导该部分学生成立兴趣小组,利用业余时间进行课外科技活动,指导他们利用Proteus软件绘制PCB板图,并利用制板机设备自行加工制作PCB 板,最后完成电路板的焊接和调试,使学生掌握电子线路设计的全过程。这不仅有利于进一步加强学生实践能力和团结协作能力的培养,也为他们以后参加各类电子设计竞赛打下了良好的基础。学校每年组织一次的电子设计大赛,不仅为学生提供了很好的学习和锻炼机会,而且也为我们从中选拔一些理论扎实、动手能力强的学生参加全省、全国大学生电子设计大赛提供了依据。通过院、校、市、省和全国组织的大学生电子设计大赛,不仅提升了学生的创新能力和解决实际工程的应用能力,使其清楚地认识到该课程的用处,而且也激发了低年级学生对该门课程的好奇和向往,使他们在以后学习时更有信心和兴趣。
四、考核模式改革
考核方式不再是理论为主,要注重技能的考核,这样才能使教师的教学重点放到能力培养上。具体考核改革采用综合成绩(100分)=理论考试成绩(50%)+平时成绩(10%)+实验成绩(40%)的模式,其中任一项成绩达不到本身所占成绩的60%视为综合成绩不合格。综合成绩详细构成如图1所示。
从图1可以看出实验环节在整个课程考核中的主导地位,而实验考核中又以设计实验和综合实验成绩为主,均占实验成绩的37.5%和综合成绩的15%,这样安排可以更好地培养学生独立思考问题的能力、动手实践能力、创新能力和团结协作能力。理论知识的比重仅占综合成绩的50%,并且其考核内容不仅局限于教材中理论知识点的考核,还适当添加一些平时实验过程和实践过程中学生应知应会的基本知识,使学生能自始至终地重视整个教学的各个环节。
五、结语
教学改革是当前学校工作的主题,作为高校教师在不断提升自身业务能力的同时,应注重提高教学质量,及时将最新成果纳入到教学中。为了顺应时代要求与科学发展趋势,笔者从理论教学、实践教学和考核模式等几个环节对该课程进行了教学改革。在“数字电子技术基础”课程理论教学中,采用“板书+PPT+EDA仿真+课后自主复习+网络教学平台”五维立体教学模式;在实验教学环节中,采用“硬件实验+软件仿真+实物制作”模式;在考核方式上,采用“理论成绩+实验成绩+平时成绩”的模式。经过近几年对该改革方案的实施,尤其是将现代EDA技术与教学充分结合后,不仅让学生掌握了扎实的理论基础知识和先进高效的EDA电子电路设计技术,而且也激发了学生学习的兴趣,使学生的实际电路设计能力、工程实践能力和自主创新能力都得到明显提高,为他们将来更好地适应电子科技与信息产业的发展打下了坚实的基础。
参考文献:
[1]康华光.电子技术基础数字部分(第5版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]王振红.VHDL数字电路设计与应用实践教程[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]朱正伟.EDA技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2005.
[4]杨杰,杨雷.“数字电子技术”多层次实验教学模式的探索[J].东莞理工学院学报,2007,14(2):97-99.
[5]张秀珍.改革实验教学,突出学生工程实践能力的培养[J].实验技术与管理,2007,24(11):11-13.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:教学模式;考核模式;数字电子技术
作者简介:刘艳昌(1979-),男,河南新乡人,河南科技学院信息工程学院,助教,工程硕士,主要研究方向:工业过程控制、建模与优化、智能信息检测技术。(河南 新乡 453003)
“数字电子技术基础”课程是电气、电子信息、计算机类专业的一门应用性很强的技术基础专业课。该课程知识覆盖面广,涉及内容多,更新发展快。它不仅具有一般技术基础课比较完整的知识体系,而且也能为“微机系统与接口技术”、“单片机原理与应用”、“数字信号处理”、“自动控制原理”等后续课程打下坚实的基础,还具有很强的逻辑推理和实践性,即课程内容都是从工程实践中得来的,每一个典型的电路就是一个成熟的电子产品,与生产实际和工程应用的结合十分紧密且应用十分广泛。如何充分调动学生的学习积极性,恰当运用现代教学技术、方法和手段,突出学生动手能力、创新能力、学习能力、实践能力和团结协作能力的培养,全面提高该课程的教学质量与教学效果,是摆在每一位教师面前的重要课题。面对21世纪电子信息技术的飞速发展和社会对人才的需求,我们在培养模式上必须以培养能力为中心,以适应社会需求为目标,以培养技术应用能力为主线,以学生未来发展潜力为着眼点来设计人才培养的知识结构、能力结构和素质结构,努力为社会培养综合素质较高、适用面较宽、技术应用能力较强的高素质的应用型、技能型人才。因此,我们必须对该课程进行改革。
一、目前教学中存在的问题
1.教学理念比较陈旧
面对电子信息技术的飞速发展,由于使用教材内容更新速度太慢,未能反映目前电子技术飞速发展所涌现出来的新知识、新技术,从而导致所讲内容不能追踪学科前沿,不能适应时代的发展,没有与时俱进,教学理念比较陈旧。
2.忽视了学生动手能力、创新能力、实践能力和协作能力的培养
大多院校偏重理论知识的传授而忽视对学生实践技能的培养,侧重于理论验证性实验而忽视综合性、系统性和创新性实验,而且实验往往停留在低水平重复及封闭模式内,未能将计算机辅助分析与设计引入到实验中去。
3.教学手段单一
教学中没有很好地利用多媒体、信息、网络等现代教育技术,仍采用一支粉笔满堂灌的做法,课堂实验演示仍采用耗费时间长的实验板演示,实验结果易受外界信号干扰影响,实验现象不明显,使教学效率和教学效果都不好。
4.考核方式比较单一
在以往的考核方式中,仅以理论成绩决定考核情况,而忽视实践教学检验成绩的作用。因此,能力的培养仅仅是一句空话。
针对以上问题,我们根据电子技术发展的特点,以“时代性、实践性、创新性”为指导思想,对电子技术课程的教学改革进行了一些探索。
二、理论教学改革
理论教学的第一项任务就是阐明学习“数字电子技术基础”课程的目的和意义。说明该课程在信息科学技术领域的地位和作用,所涉及知识技术领域的发展现状和应用前景,以及学好有关知识的方法和手段,以激发学生学习知识的兴趣。
1.理论学习
理论学习过程中,应使学生建立系统的观念、工程的观念、科技进步的观念,以便更好地培养学生的创新意识。及时将相关领域发展的最新状况、科研与教改的最新成果融入到教学中。不仅为学生学习后续课程打下坚实的基础,而且也拓宽了学习新知识的视野,激发了学生的学习激情。
2.教学内容
教学内容除了以门电路→组合逻辑电路的分析和设计,触发器→时序逻辑电路的分析和设计和数字信号的产生与整形为三条主线进行理论教授外,还必须紧跟时代前进的步伐,使其尽可能快地反映数字技术和设计方法的最新成果。教学中应特别强调理论联系实际,克服理论性过强的倾向,尤其应当结合社会需求和毕业生今后从事的工作岗位,从实际出发,改善课程内容,打破学科性,减少理论性,增强实践性,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。例如,将传统教材以TTL集成芯片为主线的教学内容改革为以占目前销售和使用份额85%以上的CMOS、BICMOS集成芯片为主线,适当加大大规模集成电路器件结构和功能的讲解。又如,应加大作为数字设计主流器件的可编程逻辑器件的讲授力度,重点讲解“运用通用阵列逻辑器(GAL)”、“现代可编程门阵列器件(FPGA)”等现代数字器件构成数字系统的内容,让学生就业时“技高一筹”。再如,增加用硬件描述语言设计数字系统的内容,[1]使其占整个理论教学学时的1/3以上。将数字电路基础理论、设计方法与硬件描述语言VHDL或Verilog HDL相结合,[2]用HDL设计门电路、触发器、组合电路、时序电路、存储器及数字系统。
3.教学方法
教学方法是实现教育目的、完成教学任务的基本手段。教学的组织要充分体现启发式教育,重在“自学能力”和兴趣的培养。
建立理论教学“板书+PPT+EDA仿真+课后自主复习+网络教学平台”五维立体的教学模式。要针对课堂教学内容,加强课后巩固环节,推广EDA技术仿真实践的应用,[3]克服单一的板书式教学和多媒体教学手段所存在的弊端,把以板书为主的传统教学手段和多媒体教学手段有机地结合起来,这不仅能增加课堂信息量,开阔学生的视野,还能使教学形式更加生动形象。尤其是那些在课堂上不便或没时间画出的电路图、电路器件等,制作成多媒体课件后,可以集图、文、声、像、动画于一体,为教学中的视听结合提供了条件,加深了学生的印象。将多媒体技术合理引入课堂教学,不仅有利于提高学生的学习兴趣和专业兴趣,营造和谐互动的课堂氛围,还有利于培养他们解决相关实际问题的创新思维能力,以达到提高教学效果和教学质量的目的。在网络课堂中设置平时作业、答疑、师生讨论、问题集锦等栏目,方便学生根据自身需要进行自主学习,做到发现问题及时解决。网络课堂扩大了课程的受益面,与课堂教学互补,可以实现因材施教,并能缩短师生距离,加强教师与学生、学生与学生之间的交流与沟通,有助于提高学生学习的主动性,激发学生的学习热情和潜能。
三、实验教学改革
对工科学生而言,实验教学是培养学生工程意识的有效途径。传统的实验教学以测量性、验证性实验居多,不利于学生独立思考能力的培养和个性的发展,束缚了学生创造力的发挥。[4]为加强“数字电子技术基础”课程的教学效果,提高学生的学习兴趣、动手能力、协作能力、创新能力及应用理论解决实际问题的能力,实验教学改革势在必行。
1.减少验证性实验, 增加设计性实验,加强综合性实验
验证性实验对于学生综合能力的提高益处不大,只需按部就班地进行。而设计性、综合性实验要求学生独立思考,[5]运用理论知识和工程观念分析问题、解决问题。对于复杂的综合设计实验教师仅给出设计要求、简单的设计原理和设计思路,中间过程需学生自由发挥,自己完成查阅资料、设计电路、初步论证、修改调整电路、形成结果等过程。如设计交通灯控制电路,让学生根据给定的实际问题按照所学进行逻辑电路的设计,自行从抽象逻辑变量→列真值表→用卡诺图化简→写出最简式→画出逻辑图→选择元器件→连接电路直至调试完成设计任务。对于同一个实验可以有多种不同的设计方案。教师可根据学生的需要,适当解释、引导学生进行思考、交流。这样的设计实验不仅可以提高学生活学活用所学理论知识解决实际问题的能力,还可以增加彼此间的协作能力,并为学生毕业设计、走上工程技术岗位打下良好的基础。
2.设置硬件和软件结合的实验平台
传统的实验手段与先进的EDA仿真技术相结合,特别是设计性、综合性实验前,学生借助Multisim仿真软件辅助数字电路设计,不仅提高了搭建硬件实验电路的成功率,调动了学生参与设计的积极性,而且学生可以利用该软件进行自主创新设计,通过软件仿真进行各种测试分析,调试、修改和完善自己设计的电路,硬件实验验证成功后,再做出实际的硬件电路,最终达到事半功倍的效果,从而大大提高学生电路设计水平和分析问题、解决问题的能力,激发他们的创新意识。
3.参加科技大赛, 提升创新能力、实际工程应用能力和团结协作能力
对于个别优秀的设计,我们因材施教,鼓励和督导该部分学生成立兴趣小组,利用业余时间进行课外科技活动,指导他们利用Proteus软件绘制PCB板图,并利用制板机设备自行加工制作PCB 板,最后完成电路板的焊接和调试,使学生掌握电子线路设计的全过程。这不仅有利于进一步加强学生实践能力和团结协作能力的培养,也为他们以后参加各类电子设计竞赛打下了良好的基础。学校每年组织一次的电子设计大赛,不仅为学生提供了很好的学习和锻炼机会,而且也为我们从中选拔一些理论扎实、动手能力强的学生参加全省、全国大学生电子设计大赛提供了依据。通过院、校、市、省和全国组织的大学生电子设计大赛,不仅提升了学生的创新能力和解决实际工程的应用能力,使其清楚地认识到该课程的用处,而且也激发了低年级学生对该门课程的好奇和向往,使他们在以后学习时更有信心和兴趣。
四、考核模式改革
考核方式不再是理论为主,要注重技能的考核,这样才能使教师的教学重点放到能力培养上。具体考核改革采用综合成绩(100分)=理论考试成绩(50%)+平时成绩(10%)+实验成绩(40%)的模式,其中任一项成绩达不到本身所占成绩的60%视为综合成绩不合格。综合成绩详细构成如图1所示。
从图1可以看出实验环节在整个课程考核中的主导地位,而实验考核中又以设计实验和综合实验成绩为主,均占实验成绩的37.5%和综合成绩的15%,这样安排可以更好地培养学生独立思考问题的能力、动手实践能力、创新能力和团结协作能力。理论知识的比重仅占综合成绩的50%,并且其考核内容不仅局限于教材中理论知识点的考核,还适当添加一些平时实验过程和实践过程中学生应知应会的基本知识,使学生能自始至终地重视整个教学的各个环节。
五、结语
教学改革是当前学校工作的主题,作为高校教师在不断提升自身业务能力的同时,应注重提高教学质量,及时将最新成果纳入到教学中。为了顺应时代要求与科学发展趋势,笔者从理论教学、实践教学和考核模式等几个环节对该课程进行了教学改革。在“数字电子技术基础”课程理论教学中,采用“板书+PPT+EDA仿真+课后自主复习+网络教学平台”五维立体教学模式;在实验教学环节中,采用“硬件实验+软件仿真+实物制作”模式;在考核方式上,采用“理论成绩+实验成绩+平时成绩”的模式。经过近几年对该改革方案的实施,尤其是将现代EDA技术与教学充分结合后,不仅让学生掌握了扎实的理论基础知识和先进高效的EDA电子电路设计技术,而且也激发了学生学习的兴趣,使学生的实际电路设计能力、工程实践能力和自主创新能力都得到明显提高,为他们将来更好地适应电子科技与信息产业的发展打下了坚实的基础。
参考文献:
[1]康华光.电子技术基础数字部分(第5版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]王振红.VHDL数字电路设计与应用实践教程[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]朱正伟.EDA技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2005.
[4]杨杰,杨雷.“数字电子技术”多层次实验教学模式的探索[J].东莞理工学院学报,2007,14(2):97-99.
[5]张秀珍.改革实验教学,突出学生工程实践能力的培养[J].实验技术与管理,2007,24(11):11-13.
(责任编辑:麻剑飞)