湖南工學院電氣與信息工程學院 湯群芳 姚勝興 劉海波

基于“卓越計劃”的數(shù)字電子技術課程探究式項目教學研究

湖南工學院電氣與信息工程學院 湯群芳 姚勝興 劉海波

本文針對“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的培養(yǎng)目標—強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，提出了“數(shù)字電子技術”課程探究式項目的教學方法。該方法按工程問題、工程案例和工程項目組織教學內(nèi)容，將理論講解和工程實踐相結(jié)合，并輔助完成工程項目。本文提出的方法在在激發(fā)學生學習積極性、培養(yǎng)學生工程應用能力方面取得了良好的效果。

探究式；項目教學法；數(shù)字電子技術

1.引言

2010年，為落實國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃，教育部推出卓越工程師培養(yǎng)計劃。湖南工學院以此為契機，在2012年申報自動化專業(yè)為教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”建設專業(yè)并獲批準，從2012年開始招收“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實驗班。“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的培養(yǎng)特點之一是強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，“數(shù)字電子技術”課程是電子類專業(yè)的一門基礎必修課程，同時具有很強的應用性和工程性，傳統(tǒng)的教學方式對于培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力效果并不理想，為此，筆者提出了基于“卓越計劃”的“數(shù)字電子技術”課程探究式項目教學。該方法按工程問題、工程案例和工程項目組織教學內(nèi)容，將理論講解和工程實踐相結(jié)合，并輔助完成工程項目，培養(yǎng)學生的工程應用能力及創(chuàng)新合作意識。

2.數(shù)字電子技術探究式項目教學

探究式項目教學法是一種培養(yǎng)學生自主學習和工程應用能力教學模式，數(shù)字電子技術的課程具有知識點多、元器件種類繁多、記憶難度大和應用性很強的特點，非常適合采用探究式項目教學。第一，通過探究式項目教學法，學生會主動去學習元器件的工作原理及如何使用使用，區(qū)分元器件之間的不同，在應用實踐中加深對元器件的認知。第二，學生通過設計和完成項目，在實踐中摸索，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在過程中學習，加深對零散知識點的理解，提高對知識的應用能力。

圖1 探究式項目教學實施框圖

數(shù)字電子技術探究式項目教學主要分為三個部分：課內(nèi)理論知識講解、課外項目設計制作和課程考核，如圖1所示。在課堂教學中，理論知識的講解是以項目展開的，教師以完成項目為目標，引出各個知識點的學習，同時完成此知識點對應的項目模塊的設計，仿真驗證設計的正確性。在課外，我們提供6個項目供學生選擇，規(guī)定必須以項目團隊的形式自主選擇并完成項目，項目團隊限制在5人以內(nèi)，并推選一人作為負責人。學生根據(jù)自己的興趣選題，并根據(jù)能力來完成項目，而教師則根據(jù)教學目標的基本要求，指導學生完成項目，其中對難度相對較大和內(nèi)容復雜的項目，鼓勵學生利用課外時間進行項目研究。

3.探究式項目教學的實施過程

3.1課內(nèi)理論知識的講解

課堂知識講解我們在首先介紹邏輯代數(shù)和邏輯門相關基礎知識后，引入工程實際問題，如“各種競賽和娛樂節(jié)目中使用的搶答器如何實現(xiàn)？”，接著選取“八路智力搶答器設計”作為一個貫穿課程整體的項目。八路智力搶答器的設計框圖如圖2所示，我們將它分解成秒脈沖信號產(chǎn)生電路、計時電路、控制電路、譯碼顯示電路、報警電路五個模塊。這5個模塊的知識分布涵蓋了數(shù)字電子技術課程的核心知識點，如秒脈沖產(chǎn)生電路涵蓋在脈沖產(chǎn)生與整形電路中，計時電路是時序邏輯電路的一個重要知識點，譯碼顯示電路涵蓋在組合邏輯電路中等。我們在做各個模塊的設計前先鏈接到相關知識點的學習，然后再根據(jù)掌握的知識設計相應單元模塊，并利用multisim進行仿真驗證，各個單元電路設計再形成整體電路設計，最終完成整個項目的設計，同時圍繞本項目的設計的展開的知識講解基本涵蓋本門課程的教學內(nèi)容。這種理論講解和工程實踐相結(jié)合教學模式有利于激發(fā)學生的學習興趣，使學生目標明確，有利于提高工程應用能力和學習效果。

圖2 八路智力搶答器設計框圖

3.2課外項目設計及制作

探究式項目教學除了在課堂內(nèi)理論知識講解中引入項目對學生進行引導之外，為了進一步增加學生的學習參與度，使學生更多的投入到學習中，在課堂外還給學生布置一些自擬題目的項目，引導學生自主學習，進一步提高學生的學習效率。

教師把學生按5個人一組進行分組，每個小組設立一個組長，組長負責給每個組員分配工作，召集組員進行討論問題。各組組員在分配時盡量學習程度好的和學習程度一般的相互搭配，避免學習程度好的同學聚集的情況，同時學習好的學生可加深了對知識的理解，學習一般的學生也有進步。

教師通過項目任務書向每組下達項目任務， 項目盡量從實際生活中選取，且盡可能多應用課堂上所學知識。 項目功能設計上教師控制項目難易程度和實現(xiàn)過程的復雜程度，比如所用的器件參數(shù)能否實現(xiàn)提出的技術指標，安裝技術能否實現(xiàn)電路正常工作等。同時我們把項目實現(xiàn)功能分為兩個部分，基本功能和擴展功能，對于創(chuàng)新思想活躍的組，鼓勵他們積極參與創(chuàng)新活動，爭取能實現(xiàn)擴展功能，對于創(chuàng)新思想不夠活躍的組，鼓勵學生自主完成資料的查找，電路的設計、安裝和調(diào)試，最后實現(xiàn)基本功能。由于自動化卓越班總共有30人，每5人一組，所以設計了6個課題，具體見表1所示。

表1 項目及功能要求表

此項目的進行過程是跟理論課同時進行的，在第6周教師即把任務下達每組，各組通過查閱大量資料，討論并設計項目實現(xiàn)的總體方案；然后在學習各個知識點時按題目所涉及的內(nèi)容進行單元電路設計并仿真；到第16周，相關知識點講解基本完成，各單元電路設計也相應完成，此時學生進行總體電路設計并仿真，同時按仿真電路設計訂購元器件；在18-19周，學生進行實物制作及調(diào)試，同時完成項目設計說明書，電路板走線和說明書的書寫都有統(tǒng)一的規(guī)定；最后，教師對各組設計實物測試并現(xiàn)場答辯。

課外項目的設計可以達到下面幾個目的，第一，激發(fā)學生的學習興趣，并通過動手實際操作對理論知識有了更深入的理解；第二，學生感覺到理論知識并不是紙上談兵，確實是可以學以致用的，提高了對理論知識的應用能力；第三，在學生解決問題的過程中，使學生勇于創(chuàng)新，開拓思維。

3.3考核方式改革

由于“數(shù)字電子技術”課程采用探究式項目教學，引導學生進行自主學習，因此考核方式也需要有所改變，不能再用期末的一次考試來評判一個學生的優(yōu)劣?！皵?shù)字電子技術”考核方式改革采用“平時成績+期末理論考試成績+項目設計及答辯成績”相結(jié)合的方式進行，三部分綜合起來形成本學期本課程學生的最終成績。“數(shù)字電子技術”課程考核方式改革中各實施環(huán)節(jié)考核時間、考核方式、考核內(nèi)容和所占的比例分別如下表2所示：

表2 數(shù)字電子技術課程考核考核方式表

4.教學效果

為了檢驗“數(shù)字電子技術”課程教學改革探究式項目教學的效果，筆者在2015-2016-1學期同時擔任了自動化卓越班1401、自動化1403-04班的數(shù)字電子技術教學，其中自動化1401班的數(shù)字電子技術采用探究式項目教學，自動化1403-04班采用傳統(tǒng)的教學方式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）期末課題組在學生中做了一次大規(guī)模的問卷調(diào)查，并將兩種教學方式的問卷調(diào)查做了對比。采用探究式項目教學組的學生對“數(shù)字電路”課程的整體把握有了明顯的提高，對主要知識點基本能回答“為什么”、“是什么”和“怎么用”，具有結(jié)合理論知識辨別并分析基本數(shù)字電路的能力。

（2）在課堂上，采用探究式項目教學組的學生討論更氣氛濃厚，學習興趣大幅提高。

（3）從作業(yè)的完成情況和考試答題情況來看，采用探究式項目教學的自動化1401班學生試卷平均成績要比采用傳統(tǒng)教學方式的自動化1403-04班的試卷平均成績高5-8分，主要體現(xiàn)在基礎問題的錯誤率降低了，重難點的答題正確率有所提高，這些都充分反映了教學改革的成果。更為重要的是，教師在課堂上以項目引入知識點的學習，充分調(diào)動了學生的學習創(chuàng)新熱情，學生積極參與大學生科技創(chuàng)新項目的申報，加入學院的科技創(chuàng)新團隊。

［1］李健，李智，馮曉磊.“數(shù)字電子技術”課程的探究式案例教學［J］.南京：電氣電子教學學報，2015，12（37）：51-67.

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［6］閻石.數(shù)字電子技術基礎（第5版）［M］.高等教育出版社，2006.

湖南工學院2013年校級教研教改立項項目（編號：JY201318）；湖南工學院探究式教學示范課程建設項目；湖南省教育廳教改項目（立項文號：湘教通［2010］243號）。

湯群芳（1983—），湖南衡陽人，碩士，講師，主要研究方向：數(shù)字圖像處理，三維重構(gòu)。

姚勝興【通訊作者】（1965—），湖南桃源人，碩士，教授，主要研究方向：自動控制，電工技術。