数字电路实验教学改革实践分析

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摘要：本文介绍了重庆邮电大学数字电路实验课程组对数字电路实验教学的改革和实践思路，通过梳理课程内容，增加基本技能训练环节，引入现代电子设计技术，并配套包括教学资源建设，教学模式改革以及考核方式改革等。

关键词：数字电路实验；课程内容；教学资源建设；考核方式改革

重庆邮电大学是以信息技术为特色和优势的以工科为主的高等学校，数字电路实验是我校大部分专业的基础课程，关系到后续专业课程的进一步学习，在学生工程实践能力的培养中占有举足轻重的作用。

一、存在的问题

数字电路实验教学内容以基础、经典知识点和传统设计方法为重，缺乏对现代电子技术的引入。课程内容采用固定功能元器件完成简单功能小系统的设计与搭建，这种方法有利于学生熟练掌握硬件电路搭建的规范、熟练掌握固定功能数字芯片的逻辑功能、有利于锻炼学生硬件故障的分析和排查能力，但是由于受传统技术的限制，学生很难设计实现较大规模的、功能复杂的数字综合系统。随着电子技术的进步，相继出现了EDA、PSoC等各类新技术并成为数字系统设计的主流技术，数字电路实验教学急需引入现代电子设计技术，使教学和实践训练能够有效地向后续课程延续。

二、教学内容改革

针对以上问题，课程组以学生工程能力培养为目标，对数字电路实验教学内容重新进行了梳理，归纳基本技能训练内容，引进现代电子设计技术，完善课程知识架构。数字电路实验内容包括“基本技能———单元电路／小系统（传统）———综合系统（现代）”三部分：1．数字电路实验基本技能，指完成数字电路设计、搭建、制作、调试等需要掌握的基本能力，包括常用仪器仪表的使用，常用数字器件的识别，面包板的使用，数字实验平台的使用等，这些内容简单但是非常重要，是后续学习的基础，需要学生反复实践才能熟练掌握。这部分内容从课上教师集中讲解改为课前学生自学练习掌握，配套相应的考核，充分调动了学生自主学习能力，切实夯实实验基础，优化课上实验教学内容，有效解决课上学时有限却需要增加实验内容的问题。2．保留并优化基于传统固定功能芯片的数字电路实验内容，以小系统小项目的形式组织实验内容，强化训练低年级学生硬件搭建、故障定位和排查能力。3．增加现代电子设计技术，以综合性较高的项目为引导，帮助学生掌握“自上而下”的数字系统设计方法，掌握FPGA硬件平台的使用，开发软件的操作，综合系统的调试等。

三、配套教学改革

1．丰富教学视频资源，自制实验教学平台，有效保障实验教学开展。由课程组教师亲自演示和讲解，录制数字电路实验基本技能视频16个，总时长100分钟左右，每个演示视频短小精悍，学生可以利用碎片化时间进行反复学习，然后到开放实验室进行实际操作练习。丰富的视频教学资源可以帮助学生快速、有效地掌握各项基本技能。课程组开发制作了一些与教学配套的硬件平台，包括简易数字电路实验平台和FPGA实验平台。简易数字电路实验平台用于支撑传统实验教学内容，与市面上大部分数字电路实验箱相比，简易数字电路实验平台裁减掉可以由标准仪表提供的功能，例如直流电源模块、信号源模块等，只保留了完成数字电路实验需要的最为基础的功能模块：高低电平的产生模块和高低电平指示模块。平台小巧方便携带和使用，学生人手一块。FPGA实验平台用于支撑基于FPGA的数字电路实验项目的开展，平台提供丰富的外设资源，便于设计复杂的综合性较高的数字电路实验项目。2．改革实验教学模式，采用视频教学＋集中授课＋开放实验＋仿真实验的多样性教学模式，互补优势，提高实践教学效果。在基本技能训练阶段，要求学生自学，学习内容简单，需要反复练习才能熟练掌握，所以采用视频教学＋开放实验的模式。基于传统设计方法的小系统设计和基于现代电子设计技术的数字系统综合设计，需要学生课前仿真完成预设计，课上完成硬件实现和调试，课后完善和补充系统功能，所以配套仿真实验＋集中授课＋开放实验的模式。3．改革考核方式，制定评分标准，注重过程化管理，合理评价学生课程掌握程度。课程考核主要包括三部分：（1）数字电路实验基本技能，采用技能考核的方式，学生抽取试题，按要求完成任务，教师根据学生完成情况现场测评，考核不合格者不允许进入下一阶段学习。（2）基于传统技术的小系统设计和实现，采用实验考试的方法进行考核，考题覆盖所有已授内容且有难易度区分，学生抽选考试题目，自行选择题目难易度，根据题目要求完成设计、电路搭建、测试以及数据记录和分析等，老师现场评测各项指标并按评分标准评定成绩。（3）基于FPGA的数字综合系统设计和实现，采用系统综合测评的方式进行考核，综合测评包括系统基本功能、扩展功能、学生答辩、实验报告等。

四、结束语

课程组分析了本校数字电路实验课程存在的问题，从改革教学内容出发，配套实验教学资源、实验教学模式和过程化考核方式等改革。实践结果表明，基本技能的训练，将现代电子设计技术引入课程，增加数字系统综合设计，有效地夯实了学生的基础，锻炼了学生的动手实践能力。

参考文献：

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作者:应俊 黄沛昱 罗一静 单位:重庆邮电大学