李建霞, 閆朝陽

(燕山大學 電氣工程學院， 河北 秦皇島 066004)

工程教育專業(yè)認證背景下數(shù)字電子技術實驗改革

李建霞, 閆朝陽

(燕山大學 電氣工程學院， 河北 秦皇島 066004)

為配合工程教育專業(yè)認證要求，學校從實驗內(nèi)容、教學模式和成績考核體系三個方面對數(shù)字電子技術基礎實驗進行改革。依托項目式教學，建立分解-綜合層次化實驗內(nèi)容體系，不僅培養(yǎng)學生分析解決問題的工程能力，還培養(yǎng)了學生的綜合工程思維模式；利用國家示范教學中心網(wǎng)站，構建虛擬網(wǎng)絡輔助教學平臺和預約平臺，為學生提供縱橫向延伸的學習資源，同時提高師生工作學習效率；參考CDIO工程訓練模式，構建科學量化的成績考核評價標準，最大程度上激發(fā)學生實驗學習的積極性，提高學生實驗水平。實踐證明，數(shù)字電子技術基礎實驗的改革是符合工程教育專業(yè)認證要求的，提高了學生學習主動性，扎實了學生基本實驗技能，培養(yǎng)了學生工程應用的能力。

項目式教學; 虛擬網(wǎng)絡平臺; 數(shù)字電子技術； 實驗成績考核體系

0 引 言

工程教育專業(yè)認證指以保證與改進高校工程技術領域相關專業(yè)的教育質(zhì)量為目的,由專業(yè)認證機構對高校相關專業(yè)進行評估,以確定其是否達到既定的專業(yè)最低標準的一種資格認定[1-4]。隨著經(jīng)濟的全球化和工程技術職業(yè)的全球化發(fā)展，工程教育專業(yè)認證在國內(nèi)外已引起廣泛重視[5-7]。自2013 年我國正式加入國際工程師互認體系中最具權威性的《華盛頓協(xié)議》以后[8-10]，高校積極采用國際化標準，構建我國高等工程教育質(zhì)量監(jiān)控體系，進一步提高我國高等工程教育國際化水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量[11-12]。

實驗教學作為高校教育中培養(yǎng)學生實際動手能力和提高綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，不僅可以傳授知識、驗證理論和掌握實驗技能，而且促使學生探索未知知識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和獨立解決問題的能力[13]。近年來，隨著高校教學改革的深入，工程教育認證把對實踐教學環(huán)節(jié)的考查放在突出位置，明確提出要設置完善的實踐教學體系，培養(yǎng)學生的工程應用能力[15-16]。數(shù)字電子技術實驗作為電類基礎實驗課，面對大二學生，沒有開始開設專業(yè)課，專業(yè)實驗基礎和實驗技能經(jīng)驗幾乎為零，同時，進入大三后會大量開設專業(yè)課程，需要學生掌握熟練的實驗技能和分析解決實驗中所出現(xiàn)問題的能力。所以其肩負著實驗技能入門和專業(yè)實驗能力初步培養(yǎng)的雙重作用，在工程教育認證過程中占了很重要的位置，受到高校的廣泛關注。我校國家示范教學中心數(shù)字實驗室通過摸索學習，近年來逐步建立了層次化的實驗內(nèi)容體系，多樣化的實驗教學模式和科學量化的教學評價體系，所教授的專業(yè)已經(jīng)有2個順利通過國際工程教育專業(yè)認證。

1 數(shù)字電子技術基礎實驗室建設

迎合國際工程教育專業(yè)認證的要求標準，數(shù)字實驗室從實驗內(nèi)容，實驗教學模式和實驗成績評定標準三個方面，對數(shù)字電子技術實驗進行教學改革。

1.1 構建分解-綜合層次化實驗內(nèi)容體系

分解-綜合層次化實驗內(nèi)容體系的基本思想：分解數(shù)字電子技術課程的教學內(nèi)容為若干個重要知識點，每一個或者兩個知識點綜合起來設計一個設計型的實驗項目。若干個(盡量多)知識點綜合起來設計綜合型的實驗項目。但是綜合型和設計型的實驗項目不是互相獨立的，綜合型實驗項目是多個設計型實驗項目的綜合(見圖1)。每個班級學生會有多組綜合實驗項目，每個綜合實驗項目對應其設計型實驗項目。

圖1 分解-綜合層次化實驗內(nèi)容體系

實驗內(nèi)容分為3種實驗類型：驗證型、設計型、綜合型。驗證型實驗旨在教授學生掌握基本實驗技能，理解基礎知識點原理，完成知識點理論驗證。設計型實驗，每組成員針對自己的設計項目進行設計，各組的設計題目不同。綜合型項目是每組設計型項目的綜合，學生把自己設計的設計型項目綜合起來，就得到綜合實驗的設計項目。分解-綜合的實驗教學內(nèi)容體系，通過分解綜合實驗項目為多個簡單知識點小項目，簡單小項目采用設計型實驗簡單設計的形式來完成。該簡單的設計型實驗形式，考慮了大二學生實驗技能基礎薄弱，實驗經(jīng)驗少，無法直接進行綜合性實驗的特點，便于學生入門實驗，理解知識點，初步培養(yǎng)學生分析解決問題的工程能力。綜合實驗中，通過綜合各個基礎知識點，即綜合各個設計型實驗完成綜合實驗項目的過程，讓學生理解各個知識點的協(xié)接，加深學生對理論課程知識的理解，同時培養(yǎng)學生的綜合工程思維模式，提高學生綜合解決和分析問題的工程能力。

數(shù)字電子技術實驗教學大綱分為12個學時，具體知識點學時劃分見表1。實驗一為驗證型實驗，主要學習數(shù)字實驗箱、常用TTL集成芯片的用法，完成常用芯片基本邏輯功能測試。實驗二、三、四為設計型實驗。實驗五對應四個學時，為綜合型實驗。

表1 知識點學時劃分

現(xiàn)以一個綜合實驗項目為例，設計一個電梯控制電路：0～6層。乘客在0層進入電梯后按下目的樓層，電梯運行至目的樓層后停留8 s，自動回到1層。電梯運行過程中在八段數(shù)碼管上實時顯示電梯所在樓層數(shù)，同時在點陣電路上顯示上下箭頭以提示電梯處于上升還是下降狀態(tài)。

將題目分解為以下幾個子題目，作為設計型實驗的題目。分解如下：① 將撥碼開關輸入的四位二進制數(shù)BCD碼通過組合邏輯電路轉(zhuǎn)化為七段碼信號，在段控數(shù)碼管上輸出(實驗二(一))。② 將撥碼開關四四分為兩組，作為兩個輸入，采用組合邏輯電路對他們進行比較。結果相同，紅色指示燈亮。結果不同，綠色指示燈亮(實驗二(二))。③ 用一個撥碼開關控制點陣模塊顯示箭頭。當輸入為1時，顯示上升箭頭，輸入為0時，顯示下降箭頭(實驗三(一))。④ 用觸發(fā)器設計一個7進制倒計時計數(shù)器。輸出結果以二進制形式采用彩燈亮滅來指示顯示(實驗四(一))。⑤ 用加法計數(shù)器74160設計一個四位撥碼開關輸入的二進制數(shù)位的加法計數(shù)器。有復位開關，計數(shù)達到時，計數(shù)停止。結果在四個彩燈上以四位二進制形式表示(實驗四(二))。

將5個子項目綜合起來就得到綜合實驗項目，過程如圖2所示。

圖2 分解-綜合層次化實驗項目構建

1.2 構建多樣化教學模式

依托國家級示范教學中心網(wǎng)站，數(shù)字實驗室建立了虛擬網(wǎng)絡輔助教學平臺和網(wǎng)絡預約平臺。虛擬網(wǎng)絡輔助教學平臺為學生搭建縱橫兩條知識點主線延伸平臺。橫向延伸平臺有助于學生從多個角度理解掌握所學知識點內(nèi)涵及其應用方法?？v向延伸平臺有助于學有余力、有興趣的學生對知識點進一步的探索學習，進一步加深學生能力的培養(yǎng)。網(wǎng)絡預約平臺可以合理有效利用實驗室硬件資源，以開放式的學習模式，給學生提供更多的學習資源。

(1) 虛擬網(wǎng)絡輔助教學平臺。隨著電子信息化時代的發(fā)展，網(wǎng)絡已經(jīng)成為學生生活中一項很重要的內(nèi)容。數(shù)字實驗室充分把握這一時代特點，搭建網(wǎng)絡輔助教學平臺，為學生提供更多的學習資源。

首先，搭建數(shù)字電子技術課程常用的幾種軟件實驗平臺，給學生構建縱向橫向兩個實驗探索主線，拓展學生知識面，實現(xiàn)一個問題多個解決辦法。針對數(shù)字電子技術實驗的特點，網(wǎng)絡輔助教學平臺提供了maxplus2，Quartus2，Multisim，pspice，Preteus五個教學軟件平臺。每種軟件給出了安裝包，軟件安裝方法及軟件使用說明的Word版文字說明，視頻演示說明。同時，針對同一個例題，采用不同軟件進行介紹演示。其次，為了迎合我們提出的分解-綜合層次化的實驗教學內(nèi)容體系，將每個綜合型實驗項目及其對應的設計型實驗模塊的實驗題目發(fā)到網(wǎng)上，學生可以隨時查閱自己每節(jié)課需要做的實驗項目，如圖3所示。

圖3 虛擬網(wǎng)絡輔助教學平臺

通過網(wǎng)絡輔助教學平臺提供的資源，學生可盡快掌握基本實驗技能，既提高學習效率，又調(diào)動學生積極性。網(wǎng)絡輔助教學平臺的應用，學生可在課下完成實驗項目的設計并完成軟件仿真驗證，最后再進行實驗室硬件實驗驗證，提高了學生學習的靈活性和提高實驗設備的應用率。網(wǎng)絡輔助教學平臺的應用，學生可以應用軟件平臺通過電路仿真對實驗現(xiàn)象進行綜合分析，加深了學生對基礎知識點的理解。學有余力的同學，可以對自己感興趣的理論課上面的例題進行仿真分析，培養(yǎng)了學生的自主學習能力。

(2) 虛擬網(wǎng)絡預約平臺。便于合理有效利用實驗室硬件資源，建立虛擬網(wǎng)絡預約平臺，形成開放式的實驗模式，增加學生實驗學習的靈活性。

網(wǎng)絡預約平臺提供開放式的實驗教學時間，建立實驗時間和實驗項目網(wǎng)上預約平臺。學生根據(jù)自己的具體情況通過網(wǎng)絡預約平臺預約實驗時間和實驗項目，完成自己的實驗課程。實驗教師根據(jù)網(wǎng)上預約的情況，準備實驗設備和實驗項目，工作目的性和計劃性更強，工作效率更高。網(wǎng)絡預約平臺的建設，建立起了學生，教師和實驗室三者之間的溝通橋梁，避免學生做實驗時等待實驗設備、或者教師指導不足的現(xiàn)象，提高學生學習效率。避免了實驗教師在實驗室等待，沒有學生做實驗的情況發(fā)生，提高了教師的工作效率。

1.3 制定科學量化的實驗成績考核標準

科學的實驗考核體系不但可以客觀的對學生的實驗能力進行評價，更能在一定程度上激發(fā)學生實驗學習的積極性，提高學生實驗水平。鑒于其重要性，我們參考CDIO工程教育模式，建立了完整的科學量化的實驗成績評價體系，如表2所示。

實驗成績評價體系從預習情況、完成情況、實驗記錄及分析情況3個考察點單獨對每個實驗項目進行考核。每個考察點有一定的加權比重，如表中所示。每個實驗項目根據(jù)實驗類別的不同，制定不同的考核標準。實驗一為驗證性實驗，重點考核學生實驗操作技能是否規(guī)范，實驗結果記錄是否清晰明了。實驗二、三、四3個設計型實驗，從設計思路、實驗操作、實驗現(xiàn)象分析等方面對學生進行考核。實驗五為綜合實驗，設計階段允許幾個同學合作完成，操作階段個人完成，實驗現(xiàn)象完成之后進行一個簡單的答辯，老師根據(jù)學生的理解掌握程度以及學生對實驗現(xiàn)象的分析能力綜合給出其成績。學生的最終得分成績由所有實驗項目的成績加權得到。

表2 實驗成績考核標準

2 結 語

中心數(shù)字實驗室在國際工程教育專業(yè)認證大形勢下，改革實驗教學，依托項目式教學，建立分解-綜合的層次化數(shù)字實驗教學內(nèi)容體系，引導學生逐步提高實驗技能和分析解決問題的能力，逐步建立工程思維方式；依托國家級示范教學中心網(wǎng)站，構建多樣化的教學模式，為學生提供網(wǎng)絡化學習平臺，增加學生學習的靈活性，為學生能力的深度廣度雙重拓展提供可能；參考CDIO工程教育模式，制定科學量化的實驗成績考核標準，提高了學生學習的積極性，激發(fā)學生學習興趣。數(shù)字實驗實施教學改革2年多來，學生實驗技能，實驗興趣，對實驗原理的理解等都有了很大的提高。尤其分解-綜合的項目式層次化實驗內(nèi)容，加強了學生對整個數(shù)字電子技術這個課有了更深的系統(tǒng)性理解。目前，我們所教授的兩個專業(yè)-電子信息專業(yè)和自動化專業(yè)，已經(jīng)順利通過了國際工程教育專業(yè)認證。實踐證明，數(shù)字電子技術實驗教學改革成效顯著，值得進一步推廣和完善。

[1] 吳啟迪. 提高工程教育質(zhì)量, 推進工程教育專業(yè)認證[J]. 高等工程教育研究, 2008(2):1-4.

[2] 余天佐, 劉少雪. 從外部評估轉(zhuǎn)向自我改進———美國工程教育專業(yè)認證標準EC2000的變革及啟示[J]. 高等工程教育研究, 2014(6):28-34.

[3] 樓建明，鮑淑娣，傅越千. 面向工程教育專業(yè)認證，加強工程訓練中心建設[J]. 實驗室研究與探索,2013, 32(11):340-343,421.

[4] 陸 勇.淺談工程教育專業(yè)認證與地方本科高等工程教育改革[J]. 高等工程教育研究，2015(6):157-161.

[5] 姜理英，陳 浚.工程教育專業(yè)認證背景下環(huán)境工程專業(yè)教學改革探析[J]. 浙江工業(yè)大學學報，2014， 13(3)：256-260.

[6] 韓鳳霞，鄭 軍,張 茜. 基于工程教育專業(yè)認證的工程訓練教學的改革[J]. 實驗技術與管理，2015， 32(10)：56-58.

[7] 樓建明，鮑淑娣，傅越千. 英國碩士層次工程教育專業(yè)認證制度探討[J]. 高等工程教育研究,2015(1):83-90.

[8] 沈 潔，周本衛(wèi).國際工程教育學歷互認背景下的專業(yè)建設探索[J]. 實驗技術與管理，2015, 32(9):197-200,225.

[9] 張艷蕊，畢海霞,王 偉,等. 基于《華盛頓協(xié)議》的工程訓練開放教學體系的構建與實踐[J].實驗技術與管理，2015， 32(3)：199-202.

[10] 轉(zhuǎn)自《中國教育報》. 我國工程教育標準與國際接軌[J]. 黑龍江大學工程學報，2013(4)：22.

[11] 李國強. 高校內(nèi)部質(zhì)量保障體系建設的成效、問題與展望[J]. 中國高教研究,2016(2):1-11.

[12] 錢慧敏,李 叢.工程教育專業(yè)認證視角下我國高等工程教育質(zhì)量提升研究[J]. 實驗室研究與探索，2015, 34(5):166-168.

[13] 厲旭云， 梅汝煥， 葉治國， 等. 高校實驗教學研究的發(fā)展及趨勢[J]. 實驗室研究與探索，2014, 33(3)：131-135.

Digital Electronic Technology Experimental Teaching Reform under Engineering Education Professional Certification

LIJian-xia，YANZhao-yang

(Yanshan University National Teaching Demonstration Center, College of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, Hebei， China)

To meet the demand of engineering education professional certification, this paper researches the digital electronic technology experiment reform. Based on the project teaching, the hierarchical experimental content system was established to cultivate students' ability of solving problems and engineering thinking mode. Relying on national demonstration teaching center website, the diversification of teaching mode was built to provide more learning resources for students. Referencing CDIO engineering training mode, a scientific and quantitative performance evaluation standard was built, it improved the students' learning interests. Practice proved that the reform of the digital electronic technology experiment is suitable to engineering education professional certification, improved the students' learning initiative, improved the students' basic experiment skills, also improved the students' ability to solve engineering problems.

project teaching； virtual network platform； digital electronic technology; experimental result evaluation system

2016-04-15

李建霞(1981-)，女，河北邢臺人，碩士，實驗師，研究方向為數(shù)字電子技術基礎實驗教學，EDA教學。

Tel.：15233530219; E-mail：17276865@qq.com

G 642

A

1006-7167(2017)01-0156-04