前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的數字電子技術實驗課改革探討，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要:
數字電子技術實驗課程是電氣類、自動化類、信息類等相關專業的專業基礎課，主要培養學生實際動手解決問題和分析問題的能力。從傳統數字電子技術實驗課程的弊端，提出新的改革方法，增加了綜合設計性實驗，采用自頂向下分模塊設計的方法，就如何提高學生的動手能力和工程實踐能力方面進行了討論。實踐表明，數字電子技術實驗課程教學改革取得了明顯效果。
關鍵詞:
數字電子技術實驗課程;綜合設計性實驗;動手能力;工程
數字電子技術課程是電氣類、自動化類、信息類等相關專業必修的專業基礎課，在整個大學階段的學習中，起著承上啟下的作用，是基礎課和專業課之間的橋梁。數字電子技術課程旨在培養學生發現問題和解決問題的能力，而這種能力，最終體現在動手能力的提高。對在校大學生而言，培養學生實踐中發現問題和解決問題的能力，最初就來源于實驗課程。所以，數字電子技術實驗課程責任重大。中北大學電工電子實驗教學中心屬于國家級實驗教學中心。一直以來，電工電子實驗教學中心在校院兩級領導的支持下，無論在軟件還是硬件設施建設方面都取得了巨大的發展。實驗教學目標逐漸從“基礎實踐教學”到“工程創新能力培養”層次。實驗環節分為基礎性實驗、提高性實驗、綜合設計性實驗三個階段，不斷提高學生的工程實踐能力和創新能力，培養動手能力強、創新能力強、適應經濟社會發展的高質量工程人才［1］。
1創建新型數字電子技術實驗課程教學體系
數字電子技術課程一般設置在本科二年級第二學期或者本科三年級第一學期，同學期學習數字電子技術實驗課程。這個階段，學生并沒有接觸專業課，數字電子技術是基礎課到專業課的一個轉變，所以這一階段學生的學習，需要循序漸進式地從理論到工程性進行，不能一蹴而就。目前開設的電子技術實驗課，很多為驗證實驗，在實驗箱上按照教師的指令去操作，觀察實驗現象。這一類實驗，可以很好地讓學生對所學理論知識有一個感性的認識，但它同時也對培養學生的工程實踐能力存在不足，所以需要提高性實驗，讓學生很好地認識到所學理論知識的應用性。而改革之后新加入的數字系統設計為綜合設計性實驗，能培養學生工程實踐能力。改革前實驗學時及屬性，表2為改革后的實驗學時及屬性。改革后的實驗教學內容，壓縮了驗證性實驗和提高性實驗的學時，增加了數字系統設計。實驗教學的改革，能培養學生掌握復雜數字系統的設計方法和自頂向下分層次模塊化的設計方法，鞏固對組合邏輯和時序邏輯電路設計方法的學習，提高綜合運用理論知識解決實際問題的能力，提高創新能力，但并沒有減弱驗證性實驗和提高性實驗的作用。
1．1驗證性實驗
數字電子技術實驗課目的在于培養學生在電子設計和制作方面的能力，良好的基本功是必要的。驗證性實驗的內容以基本門電路和觸發器為基礎，培養學生扎實的基本功。這一類型的實驗，教導學生認識常用元器件，電路連接方法、裝配方法，基本電子電路工具的使用以及相關電子儀器的使用。具體來說，改革后數字電子技術實驗課程的驗證性實驗包括:TTL門電路、集電極開路門和三態門邏輯功能及參數測試、觸發器實驗。這些實驗用4學時完成，所占實驗學時較短，只是讓學生認識一些集成芯片、會使用多種常用集成門電路和掌握若干基本電路的設計和裝調，之后可以進行提高性實驗。
1．2提高性實驗
提高性實驗是在學生認識一些基本門電路和掌握一定的電子技術知識之后，由任課教師指定大部分元器件，提供大部分電路圖，從最基本最典型的單元電路的設計開始，逐步加深和擴展。提高性實驗包括:SSI和MSI組合邏輯電路設計與實現、時序邏輯電路實驗、計數器實驗(EDA實驗)、555定時器應用實驗、A/D與D/A轉換器實驗。這一類型實驗在12學時完成，為總學時一半，所占實驗學時較長。在這一階段，由教師指定一些具有綜合設計性實驗的題目，指導學生對題目進行分析研究。以交通信號燈控制系統設計為例，學生通過觀察交通信號燈的工作過程，思考一些問題:交通信號燈的一個周期包含哪幾種狀態?交通信號燈從一個狀態到另一個狀態，轉換的條件是什么?以現有的知識，設計一個實現方案。然后把綜合設計性實驗分解在各個提高性實驗中完成。對提高性實驗而言，如同堆積木一樣，先對它分解，先單獨設計裝調與實驗研究一個個模塊，而這一個個模塊，就是提高性實驗的內容。如交通信號控制系統設計則是由指示燈顯示模塊、初始值控制模塊、系統初始化模塊、狀態計數器模塊、時間計數器模塊、秒脈沖模塊等組成，這些內容分散在組合邏輯電路實驗、時序邏輯電路實驗、計數器實驗和555應用等實驗中。利用計算機進行電子線路輔助設計可以縮短設計周期，提高設計的可靠性、經濟型。在這個階段，讓學生學會一種數子電子技術的EDA工具軟件，對電路進行設計、調試，為綜合設計性實驗的學習打下基礎［2］。
1．3綜合設計性實驗
綜合性實驗共8學時，所占實驗學時較重，這個實驗階段，把學生3人分為一個小組，以小組的形式進行。綜合性實驗分為三個階段進行，第一階段建立系統概念，在實驗課初期進行;第二階段設計各個模塊，在提高性實驗中進行;第三階段構建系統，在提高性實驗完成后進行。在綜合設計性實驗中，各個模塊的實現，已經分散在提高性實驗中進行，電路基本功能的實現，只需要將前面做過的一些功能電路，進行組合與裝調，直到實現較為復雜的小型電子線路系統，這為一種方法。學生也可以根據自身情況，采用PLD器件實現。接著教師指導學生分析現有系統結構的優缺點，提出改進方法，嘗試其他設計方法，或增加新功能。最后撰寫報告，進行答辯。在綜合設計性實驗階段，教師為指導者，把自主權交給學生。在此過程中，學生可以初步掌握中等規模電子線路設計方法，摸索探索性學習方法，并培養團隊合作精神和良好的溝通協調能力［3］。為配合學生實驗，實驗教學中心在這個階段實行全方位開放，配備專職實驗指導教師。綜合設計性實驗內容鼓勵學生也可自選有研究價值的科研題目，還可以根據教師的科研項目，利用實驗設備在實驗室進行實驗，使學生得到更多工程實際鍛煉，有效提升了實驗課的價值。
2改革考核方式
對數字電子技術實驗的考核也進行了改革，驗證性實驗共10分，提高性實驗共50分，數字系統設計共40分。各個實驗都必須寫預習報告和實驗報告，預習報告包括設計方案、硬件原理圖、軟件流程圖，實驗報告包括調試中遇到的問題、解決方案以及心得體會等［4－5］。驗證性實驗和提高性實驗的分數中，預習和操作各占一半。數字系統設計實驗，要注重培養學生的動手能力、工程實踐能力、運用理論知識解決實際問題的能力、團隊合作能力和總結表達能力等。數字系統設計共40分，包含內容比較多，分數分配如表5所示。以交通信號燈控制系統的設計為例，電路搭建共15分，其中各模塊測試成功每模塊1分，共8分，系統整體測試成功7分。設計創新性共10分，其中按整體電路驗收順序，獨立設計為5分，前1～2名且沒有雷同為5分，2～5名為4分，6～13名為3分，其它1分;拓展設計或新增功能共5分，按照可行性、使用性、經濟性酌情給分。系統電路整體仿真共5分，若部分完成仿真，酌情給分。實驗報告視書寫規范與完整程度給分，共5分。最后教師聽取學生答辯，包括對課題設計的說明、課題前景的調查和論證，以及設計電路的功能實際情況，共5分?？己藭r鼓勵學生發表獨到的見解，做出性能獨特的實驗作品，這種考核方法能夠盡可能全面的考察學生的各項能力，督促學生有意識地加強工程實踐和創新能力的鍛煉［6］。
3實踐效果
改革后的數字電子技術實驗課程，與以往常規實驗課程相比較，優勢主要在于對學生工程能力和創新能力的培養。實踐表明，通過對復雜數字系統自頂向下分層次模塊化、循序漸進由易到難的實驗過程，使學生建立起相關的知識體系，在發現實際問題和解決實際問題的過程中，學會對工程問題的研究學習，鍛煉學生協作技能，體驗工程實際問題的解決方法，為以后的工作打下扎實的基礎，這是傳統實驗課程所不具備的［7－8］。改革后的實驗課程在教學實踐中，驗證性實驗和提高性實驗一般學生都能在教師指導下實現。綜合設計性實驗中，以交通信號燈控制系統作為綜合設計性題目為例，采用中小規模集成電路實現的學生占總數量50%左右，其他學生采用PLD實現。綜合設計性實驗最后能完全實現的學生在60%左右。綜合設計性實驗包含了數字電子技術課程的大部分內容，在實現的過程中，學生又熟練掌握了EDA設計，對于培養學生成為適應電子技術發展的卓越工程人才具有重要意義［9－10］。
4結語
綜上所述，數字電子技術實驗課程的改革與實踐，改變了傳統教學中教師指導學生嚴格按照實驗指導書的操作步驟，一步步進行操作實現的教學方法，讓學生在掌握基本門電路和集成觸發器等常用元器件的基礎上，先對綜合設計性實驗進行分析，建立系統概念，接著設計各個模塊，提高學生對電路的認識，最后構建系統，分組合作進行，實現系統電路，撰寫實驗報告，進行答辯。整個實驗過程，循序漸進、由易到難、自頂向下分模塊進行，讓學生學會對復雜數字系統分析，調動學生的學習興趣，使學生專業基礎扎實、洞察力敏銳、自學能力強及培養團隊合作能力，提升了數字電子技術實驗課程的價值，為學生工程能力的培養打下良好的基礎。
作者：薛英娟 單位：中北大學信息與通信工程學院
參考文獻:
［1］李祖明，胡仁杰．培養學生的工程實踐能力和創造力［J］．電氣電子教學學報，2008，30(6):56－57．
［2］劉宏，曾璐，曾東紅．面向卓越工程師教育培養的電工電子實踐教學體系研究［J］．實驗室研究與探索，2012，31(7):358－360．
［3］謝自美．電子線路設計實驗測試［M］．武漢:華中理工大學出版社，2000:17－20．
［4］雷萬忠，季寶杰．電氣信息類工程實踐教學體系的構建［J］．實驗室研究與探索，2011，30(6):332－335．
［5］苗淑杰，須瑩，劉柏森，等．“卓越工程師”人才培養模式下的實踐教學體系研究與實踐［J］．時代教育，2012(10):8－9．
［6］鄭冰，方華麗．《數字電子技術》課程項目化教學改革［J］．廣西輕工業，2010(7):139－140．
［7］孫振忠，陳勝貴，鐘守炎．面向卓越工程師的企業工程實踐培養模式［J］．實驗室研究與探索，2012，31(8):285－288．
［8］俞前．強化本科生科研能力，培養求是創新性人才［J］．實驗技術與管理，2009，26(7):22－23，27．
［9］李臣學，李丹．關注成效大學生創新的CDIO教學模式［J］．實驗室研究與探索，2010，29(6):90－92．
［10］李欣，謝宏，陳紅亮，等．電子類卓越工程師培養與實驗室教學創新［J］．實驗室研究與探索，2013，32(10):160－162
