涂文元

(閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系,福建 福州 350108)

工程教育認(rèn)證背景下的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

涂文元

(閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系,福建 福州 350108)

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)是電子信息類專業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié),它在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力方面有著不可替代的作用.結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求,闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)考核3方面的改革方案,以探索提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的新途徑.

工程教育認(rèn)證;數(shù)字電路實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;工程實(shí)踐能力

1 背景闡述

工程教育專業(yè)認(rèn)證是以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向進(jìn)行的合格性評(píng)價(jià),是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度[1].培養(yǎng)目標(biāo)是對(duì)該專業(yè)畢業(yè)生在畢業(yè)后5年左右能夠達(dá)到的職業(yè)和專業(yè)成就的總體描述;畢業(yè)要求是對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)該掌握的知識(shí)和能力的具體描述,包括學(xué)生通過本專業(yè)學(xué)習(xí)所掌握的知識(shí)、技能和素養(yǎng).新版的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》突出了本科階段工科教育對(duì)"解決復(fù)雜工程問題"的要求,詳細(xì)界定了"復(fù)雜工程問題"的若干重要特征,突出各項(xiàng)能力的指向是解決"復(fù)雜工程問題",而非一般性問題.

2 改革數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)工程實(shí)踐能力

2.1 改革的必要性

《數(shù)字電路》課程是電子信息類專業(yè)中一門重要的基礎(chǔ)課,它是后續(xù)EDA技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等應(yīng)用性課程的基礎(chǔ),包含了較多的工程基礎(chǔ)知識(shí),在認(rèn)證中占有較大的比例.該課程的工程應(yīng)用主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程中,因此,必須將認(rèn)證的基本理念應(yīng)用于《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)改革中,以達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求,提高畢業(yè)生解決復(fù)雜工程問題的能力.受專業(yè)總學(xué)時(shí)的限制,給數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)安排的學(xué)時(shí)一般不多,大部分高校都在12課時(shí)左右,要在課時(shí)很少的情況下通過5次左右的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生一定的工程實(shí)踐能力,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改革是很有必要的.

2.2 構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系

物理學(xué)與電子信息工程系電子信息類專業(yè)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)為12學(xué)時(shí),具體知識(shí)點(diǎn)學(xué)時(shí)安排如表1所示,實(shí)驗(yàn)一為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)四為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)五為綜合性實(shí)驗(yàn),分為3個(gè)層次.在實(shí)際工作中,先通過一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和器件的使用;然后通過3個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握常用的中規(guī)模集成芯片的使用,同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)能力;最后一個(gè)為綜合性實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是對(duì)《數(shù)字電路》課程中組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路和555定時(shí)器的綜合考核,完成該實(shí)驗(yàn)即為對(duì)《數(shù)字電路》課程的系統(tǒng)掌握.

從表1中可以看出,在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中加大了設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比例.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要以中規(guī)模集成芯片,比如門電路、譯碼器和計(jì)數(shù)器為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)對(duì)某一特定功能電路的設(shè)計(jì).具體做法是,先給出實(shí)際問題、實(shí)驗(yàn)室提供所需的集成芯片目錄,學(xué)生先根據(jù)實(shí)際問題設(shè)計(jì)出電路原理圖,并根據(jù)所提供的器件,在實(shí)驗(yàn)箱上完成電路連接和調(diào)試.通過3個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)初步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)電路的工程實(shí)踐能力.在綜合性實(shí)驗(yàn)中,可以引進(jìn)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽模式,開設(shè)具有一定綜合性和工程背景的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,供學(xué)生選做.學(xué)生3人一組組隊(duì)參與實(shí)驗(yàn),在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成電路設(shè)計(jì)、仿真、連線、調(diào)試、參數(shù)測(cè)量、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)的工作,目的是培養(yǎng)學(xué)生解決較為復(fù)雜工程問題的能力.

2.3 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分融入EDA技術(shù)

隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的手段也不斷更新和改進(jìn).在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,電路連接和調(diào)試過程存在很多缺陷,為了使學(xué)生能夠緊跟時(shí)代,掌握新器件、新技術(shù),學(xué)校應(yīng)積極開展EDA技術(shù)教學(xué),充分利用EDA工具分析、完善實(shí)驗(yàn)方案,提高實(shí)驗(yàn)效率和成功率.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),學(xué)生要盡可能多地了解數(shù)字電路領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法,接受相關(guān)工程實(shí)踐訓(xùn)練,啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力.例如,在開設(shè)數(shù)字電子鐘、交通燈和數(shù)字頻率計(jì)等綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí),可要求學(xué)生采用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)電路.學(xué)生在接受設(shè)計(jì)任務(wù)后,要先形成設(shè)計(jì)思想,構(gòu)思設(shè)計(jì)方案,然后在Altera公司的開發(fā)工具QuartusII環(huán)境下,通過VHDL語言文本輸入或者電路原理圖輸入的方式來完成設(shè)計(jì)輸入,接著在軟件里進(jìn)行功能仿真,通過功能仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確性,最后在EDA實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行下載驗(yàn)證.通過該綜合性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,學(xué)生既掌握了數(shù)字電路的基本知識(shí),又掌握了可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合.

3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

3.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

針對(duì)以往學(xué)生實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí)、到實(shí)驗(yàn)室后盲目實(shí)驗(yàn)的情況,教師必須強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作,要求學(xué)生在到實(shí)驗(yàn)室前先對(duì)電路進(jìn)行理論分析和計(jì)算機(jī)仿真,并將這個(gè)過程體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告中.對(duì)于設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn),還要預(yù)先設(shè)計(jì)好電路,畫出電路原理圖,在Mutisim10.0仿真環(huán)境下仿真,得到正確的仿真結(jié)果.在每次實(shí)驗(yàn)前,指導(dǎo)教師要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況,并進(jìn)行預(yù)習(xí)評(píng)分,沒完成預(yù)習(xí)要求的取消該次實(shí)驗(yàn)資格.

3.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)與評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中,指導(dǎo)教師只起引導(dǎo)作用,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有可能碰到各種問題,指導(dǎo)教師只引導(dǎo)學(xué)生去尋找問題出現(xiàn)的原因,以及碰到具體問題時(shí)解決問題的思路、方向和方法,問題由學(xué)生自己思考解決,以充分發(fā)揮他們的主動(dòng)性,增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力.另一方面,在指導(dǎo)過程中,指導(dǎo)教師要及時(shí)記錄每個(gè)學(xué)生動(dòng)手能力、排除故障能力等方面的內(nèi)容,并據(jù)此來完成學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定.成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)應(yīng)注重操作過程,淡化實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

4 結(jié)束語

《數(shù)字電路》課程是電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,加強(qiáng)對(duì)該課程工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程中.實(shí)驗(yàn)改革要在工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求下持續(xù)改進(jìn),緊跟著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,引入現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)中的一些新方法、新技術(shù)和新手段.

[1]李智慧,張慶輝,張德賢,等.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下電子類專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)導(dǎo)向研究[J].課程教育研究,2015(12):227.

〔編輯:白潔〕

G642.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.133

2095-6835(2017)22-0133-02