秦懷宇，陳 歡

（1.江蘇科技大學,張家港,215600 2.無錫科技職業(yè)學院,無錫,214028）

1 工程教育認證背景下的數(shù)字電子技術課程重構

2013年6月，我國工程教育成功加入《華盛頓協(xié)議》。該協(xié)議成立于1989年，現(xiàn)有美國、俄羅斯、日本、韓國、加拿大、英國、澳大利亞等15個正式成員組織和德國、印度等5個臨時成員，覆蓋亞洲、美洲、歐洲、非洲、大洋洲。其宗旨是，通過多邊認可工程教育學歷，推動全球工程教育質量提升，促進工程技術人員跨國（境）流動。這是我國提升工程教育水平、與國際加快接軌的重大契機，但是改革現(xiàn)有教學方法的工作繁重、任務艱巨、時間緊迫。在重新審視數(shù)字電子技術課程的教學過程中，發(fā)現(xiàn)諸多不足。

工程教育認證的通用標準要求學生掌握工程基礎知識和本專業(yè)的基本理論知識，具有系統(tǒng)的工程實踐學習經歷，具備設計和實施工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析。數(shù)字電子技術作為電子信息與電氣工程類專業(yè)的基礎類課程，兼具較強的理論性和實踐性。以往為了兼顧理論和實踐，在培養(yǎng)計劃中，將實驗單獨授課，實驗項目以簡單的驗證性實驗為主，輔以單元電路的設計性實驗，缺點是忽視了課程的工程性，給人以理論與實踐并重的假象。學生對課程缺少框架性的認識，知識結構與層次未建立起來。

針對上述問題，以工程教育認證的標準對數(shù)字電子技術課程進行了教學改革探索。從單純向學生傳授知識點的灌輸式教育模式，向以學生為中心、項目驅動的教學模式轉變。在傳授知識點的同時，幫助學生站在項目的高度，貫穿、梳理知識架構；在實踐過程中，實施多層次、立體化教學，實現(xiàn)理論與實踐的有機結合。由此，學生在基礎知識的理解、工程實踐能力、團隊協(xié)作能力等方面都有顯著提高。

2 工程教育認證下的項目設計

以往教師注重知識點與技術理論的講授，卻忽視了“學以致用”的終極目標。而工程教育認證恰恰為這一目標設計，其核心要求是學生在大學畢業(yè)后，能夠具備工程技術人才的基本素質。

在這一標準指導下，重新安排了現(xiàn)有課程體系和資源，將理論教學與工程實踐有機結合，實現(xiàn)理論與實踐的一體化教學。設計了項目驅動的教學模式，精心設計實驗項目，在理論課上進行項目導入、構思，在實驗課上進行分模塊、分層次實施，并開展項目小組團隊協(xié)作、創(chuàng)新實踐，使學生全面、系統(tǒng)掌握各個知識點的內涵及其相互關聯(lián)。

以“數(shù)字交通燈”為例，引導學生進行項目設計、制作。該項目要求設計一套十字路口交通燈，不僅具備基本的交通指示功能，還具備急車強通、交通異常等功能。項目設計可從交通燈顯示開始，再將其他模塊逐個完善。整個流程需用到門電路、組合邏輯、時序邏輯等內容，運用多種實驗方法實現(xiàn)，如下表所示。

表1 “數(shù)字交通燈”項目設計

實踐設計目標具體如下：

第一階段目標。用鎖存器和門電路實現(xiàn)交通燈亮滅，用指示燈標明通行規(guī)則，這里需要觸發(fā)器與控制邏輯的知識點。

第二階段目標。在第一層次的基礎上，增加數(shù)碼管時間顯示功能。此目標有助于培養(yǎng)學生綜合利用部分知識點解決問題的能力。

第三階段目標。在前兩個層次的基礎上，增加倒計時功能，即根據(jù)主干道綠燈通行45秒、支干道綠燈通行30秒、黃燈緩沖5秒的規(guī)則，使數(shù)碼管與發(fā)光二極管同步顯示。此部分需要用到計數(shù)器、脈沖發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等知識，有助于學生建立數(shù)電中的重要概念——時序。

第四階段目標。在前三層次的基礎上，增加急車強通開關控制。如有急車來時，將急車強通開關接通，無論原來交通燈如何運行，一律讓急車來車方向綠燈亮，為急車放行，直至急車通過。急車一過，斷開強通開關，隨后按正常時序控制。這部分需要設計去抖電路，以增強系統(tǒng)可靠性。

第五階段目標。對交通異常情況進行控制。比如，在現(xiàn)實生活中的交通可能會出現(xiàn)東西方向的車輛過多發(fā)生堵塞，而南北方向車輛卻很稀少。這時正常的信號燈時序將會使交通狀況更加惡化。這部分的處理方式是由傳感器根據(jù)外界實際情況來對信號燈控制，即增加擁堵道路綠燈通行時間。

第六階段目標。這是最高層次，鼓勵學生用先進技術解決實際問題，如用CPLD/FPGA實現(xiàn)交通燈的控制。

在以上層次的基礎上，設計電路板，完成作品。

這些影響選型的因素可歸類為目標環(huán)境(平臺、性能和UI交互)、成本約束(成本、研發(fā)周期)、業(yè)務需求(業(yè)務類型、更新頻度)和技術儲備(團隊儲備、社區(qū)資源)等，開發(fā)團隊需根據(jù)需求識別出核心的影響因素，選定應用類型，進而綜合考慮其他因素，參照選型策略參考模型選擇開發(fā)模式和具體的實現(xiàn)技術。

這樣，隨著課程的深入、知識的積累，在基本項目中不斷加入新功能，對系統(tǒng)的完整性和實用性不斷提出更高的要求，有助于為學生提供更多自主學習的空間。

3 以項目為導向的教學實踐

項目為導向的教學實踐，以培養(yǎng)具有相當理論基礎的工程實踐人才為宗旨，在重視理論知識的同時，加強對學生的實踐能力培養(yǎng)，形成“教”與“學”的一體化模式。

3.1 項目貫穿理論 教學始終

從數(shù)字電子技術的第一節(jié)課，就提出交通燈控制的課題，有助于學生認識該門課程的作用，明確學習目的。教授基礎理論時，向學生提出相關設計目標，鼓勵他們積極思考、查閱海量資料。例如，在講解完門電路相關知識以后，提出如何設計一組二極管發(fā)光電路，要求滿足交通燈顯示邏輯。此時，可以現(xiàn)場布置課堂作業(yè)，用電路仿真軟件仿真其顯示效果。學生在這一仿真過程中，可以很好的理解門電路，掌握典型門電路的設計。然后，數(shù)碼管顯示問題就自然形成，從而引出編碼器、譯碼器的知識點，進而延伸到整個組合邏輯電路。交通燈已初具雛形，為了達到計時、存儲的目的，又用到鎖存器和觸發(fā)器的知識。學到這里，可以引導學生發(fā)現(xiàn)存在的問題，即發(fā)光二極管顯示與數(shù)碼管顯示的時間關系，讓其明白該處可謂整個項目的重中之重，當然也是數(shù)字電路的核心，從而拉開時序邏輯電路學習的大幕。隨著課程的深入，各個知識點不斷擴充，項目功能一一實現(xiàn)，使學生在多層次目標的完善中，建立起了知識架構，為實戰(zhàn)打下堅實的理論基礎。

3.2 實驗教學中項目的啟動與運作

在實驗教學中，堅持驗證性實驗與設計性實驗相結合，并將不同目標的層次融入到實驗中。學生根據(jù)實驗設備及要求，獨立思考、查閱資料、提出實驗方案，充分利用EDA 工具對實驗方案進行分析、完善，提高實驗成功率。

在實際動手過程中，充分發(fā)揮學生的主觀能動性、調動其創(chuàng)造性、呵護其學習熱情，允許犯錯，并從失敗中找出成功的經驗。例如剛開始使用Multisim軟件仿真電路時，學生還沒有建立起性價比、體積和可靠性等工程設計理念，電路雖達到要求，但使用到很多種類和數(shù)量的器件，甚至還設計出一些通用器件，因此在安裝、調試的時候，面對如此繁雜的電路，往往一籌莫展。經過這一過程，使學生逐步認識到項目設計中不僅要考慮到功能性，還應綜合考慮成本、體積、性能等多種指標，從而積累寶貴的工程經驗。

3.3 項目小組的團隊協(xié)作

對于難度較深的實驗項目，3～5名學生為單位構成項目小組，共同完成實驗任務。教師指導學生把實驗方案選定、步驟設計、現(xiàn)象觀察、結果分析等內容按照論文的形式寫出來，對于設計實物按照產品說明書的形式攥寫。這樣有利于學生總結整個設計過程，獲取工程經驗。

4 結束語

在工程教育國際認證標準的指導下，數(shù)字電子技術課程實施了以項目為導向的教學方式。通過與傳統(tǒng)教學模式比較，我們發(fā)現(xiàn)學生無論是在學習積極性、理論知識的完善，還是工程實踐、團隊合作能力等方面都有顯著提高。

4.1 被動學習變主動學習

4.2 擴大了學生的知識面

對項目的逐層深入，要求學生不能把著眼點放在某一個章節(jié)，而是要發(fā)散到多個章節(jié)、多門課程，甚至整個專業(yè)方向。

4.3 工程實踐能力和團隊協(xié)作意識顯著增強

通過項目實踐，學生從資料查閱、電路仿真、器件選型到制版連線、安裝調試、報告攥寫等各方面能力都得到顯著提高，且團隊配合的形式使學生更加意識到交流合作精神的重要性。

4.4 深化實驗室管理模式

項目驅動的教學模式有利于實驗室的深度開放，極大提高了實驗室的利用率，促進實驗室管理制度的不斷創(chuàng)新。

[1]韓桂英. 數(shù)字電路與邏輯設計實用教程[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2]吳向明,陳煜. 大眾化背景下大學精英人才培養(yǎng)規(guī)格研究[J]. 中國高教研究，2008（2）：20-21.

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