朱敦忠，劉 潔，周紅鍇

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧530001）

0 前言

《數(shù)字電路》是高等院校電子信息類學(xué)科中的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科課程，該課程要求學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、原理、分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的方法。該課程主要為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程（如單片機(jī)原理與應(yīng)用）提供基礎(chǔ)，該課程在整個(gè)學(xué)科課程體系中發(fā)揮承上啟下的作用。傳統(tǒng)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般以小規(guī)模的通用集成芯片（如TTL邏輯器件）為主，輔之以相關(guān)外圍電路，通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行線路間的連線。當(dāng)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)時(shí)，就需要多個(gè)集成芯片和大量連線時(shí)，將增加分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試的難度，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期，系統(tǒng)故障率提高，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了新技術(shù)—EDA（電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)。對(duì)于電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師而言，EDA技術(shù)已成為工程師需要掌握的一項(xiàng)技能?！禘DA設(shè)計(jì)》課程是利用EDA技術(shù)，以PLD器件作為設(shè)計(jì)載體，借助計(jì)算機(jī)、EDA開(kāi)發(fā)軟件（如Altera的PLD器件為Quartus II軟件等）工具，采用原理圖、波形圖、HDL語(yǔ)言等多種方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一定功能的數(shù)字電路系統(tǒng)并編程配置到PLD器件，最終完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。伴隨EDA技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步被EDA設(shè)計(jì)方法所取代。由于兩門課程在教學(xué)內(nèi)容的存在較多的交叉和重合，因此，越來(lái)越多的學(xué)校把《數(shù)字電路》與《EDA設(shè)計(jì)》進(jìn)行融合[1]，我校從2015年起就將兩門課程融合形成一門課程即《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》。

1 《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的必要性

傳統(tǒng)的電路課程教學(xué)采用以老師、教材為中心，理論和實(shí)踐獨(dú)立開(kāi)課的教學(xué)模式，其教學(xué)理念更多地處于為教學(xué)而教學(xué)、為傳授知識(shí)而傳授知識(shí)的層次。這種模式往往形成老師單向給學(xué)生灌輸知識(shí)，學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終處于被動(dòng)地接受知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主動(dòng)性差，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以項(xiàng)目為中心，師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，與傳統(tǒng)教學(xué)模式的不同在于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”可以讓學(xué)生體驗(yàn)、參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)全過(guò)程。該方法以學(xué)生為核心，項(xiàng)目為中心，教師為輔，以學(xué)生為主導(dǎo)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生根據(jù)課程項(xiàng)目?jī)?nèi)容要求，學(xué)生在老師為輔下完成項(xiàng)目任務(wù)[2]?！稊?shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程是要求學(xué)生運(yùn)用數(shù)字電路知識(shí)和EDA技術(shù)，將理論知識(shí)融入到實(shí)踐開(kāi)發(fā)中，最終完成特定功能的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，該課程教學(xué)過(guò)程中理論知識(shí)講解和實(shí)踐練習(xí)應(yīng)同步穿插進(jìn)行。將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用到《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程，學(xué)生可以根據(jù)項(xiàng)目要求，邊學(xué)理論知識(shí)、邊動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)通過(guò)自主查閱資料或?qū)W生之間相互討論以及請(qǐng)教教師在教師輔導(dǎo)下完成項(xiàng)目。因此，該方法可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、參與性。同時(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力以及創(chuàng)新意識(shí)和合作意識(shí)。因此項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法運(yùn)用到該課程教學(xué)中是很有必要的。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法授課內(nèi)容的設(shè)計(jì)要求

《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程是要求學(xué)生運(yùn)用數(shù)字電路知識(shí)和EDA技術(shù)，將理論知識(shí)融入到實(shí)踐開(kāi)發(fā)中，最終完成特定功能的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以項(xiàng)目為中心、學(xué)生為主、教師為輔，師生共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。該方法讓學(xué)生體驗(yàn)、參與完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)全過(guò)程。結(jié)合《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程要求和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法特點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)課程授課內(nèi)容對(duì)運(yùn)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法組織開(kāi)展課程教學(xué)至關(guān)重要。因此，設(shè)計(jì)、編排課程教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)考慮如下幾方面：（1）知識(shí)覆蓋的全面性。課程教學(xué)大綱所要求的知識(shí)點(diǎn)以及各知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)達(dá)成應(yīng)涵蓋在項(xiàng)目中[3]。（2）可實(shí)施性。在課程內(nèi)容選擇時(shí)應(yīng)考慮PLD硬件平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)施、學(xué)生的基礎(chǔ)等條件，確保在實(shí)施過(guò)程中可操作、能完成（即項(xiàng)目在課程實(shí)施過(guò)程中要能實(shí)施、能落地）。（3）項(xiàng)目選擇時(shí)要考慮學(xué)生的興趣。教學(xué)的對(duì)象和項(xiàng)目參與主體是學(xué)生，學(xué)生對(duì)所參與的項(xiàng)目感興趣才能使學(xué)生積極、主動(dòng)參與到課程的教學(xué)活動(dòng)。（4）工程性。課程要求需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力以及將理論知識(shí)融入到實(shí)踐開(kāi)發(fā)中知識(shí)應(yīng)用能力。因此，要求所選項(xiàng)目應(yīng)有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。

3 課程成績(jī)的考核評(píng)價(jià)

課程主要考核學(xué)生運(yùn)用數(shù)字電路知識(shí)和EDA技術(shù)的能力。課程成績(jī)由兩大部分構(gòu)成即課程成績(jī)（由學(xué)生出勤、線上作業(yè)、課堂實(shí)驗(yàn)、期末試卷考核構(gòu)成）和課程設(shè)計(jì)成績(jī)。課程成績(jī)中的線上作業(yè)考核內(nèi)容包括課前的基礎(chǔ)知識(shí)和課后的重、難點(diǎn)知識(shí)。課前的基礎(chǔ)知識(shí)作業(yè)考核部分要求學(xué)生在課前完成，其目的在于讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目涉及的教學(xué)內(nèi)容有個(gè)大致的認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生課前學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性并引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握歸納和總結(jié)的方法，提高獨(dú)立思考，分析和解決問(wèn)題的能力。課后重、難點(diǎn)知識(shí)作業(yè)考核部分主要檢測(cè)課程學(xué)習(xí)后學(xué)生對(duì)課程重、難點(diǎn)掌握情況，其目的是了解、檢查學(xué)生是否真正掌握項(xiàng)目涉及的重、難點(diǎn)知識(shí)。同時(shí)，讓老師根據(jù)學(xué)生掌握情況進(jìn)行教學(xué)反思和開(kāi)展更有針對(duì)性的教學(xué)。課堂實(shí)驗(yàn)是學(xué)好本課程的理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的重要途徑，教師布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生緊緊圍繞要求做實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的功能和實(shí)際的操作水平（如HDL語(yǔ)言編程能力、規(guī)范性、可讀性及硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試能力等）情況進(jìn)行打分。課堂實(shí)驗(yàn)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力。期末試卷考核采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行考核，通過(guò)試卷考核全面考查學(xué)生對(duì)掌握課程知識(shí)的情況。由于受課堂學(xué)習(xí)的時(shí)間限制，考慮到課程與之對(duì)應(yīng)的崗位能力要求，教師依據(jù)教學(xué)進(jìn)程、學(xué)生的達(dá)成情況和崗位要求布置一些工程實(shí)踐案例的課程設(shè)計(jì)安排給學(xué)生利用課外時(shí)間完成。課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生應(yīng)用課程知識(shí)完成一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目。課程設(shè)計(jì)采用分散教學(xué)的模式開(kāi)展，在教學(xué)中期進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的開(kāi)題，課程結(jié)束進(jìn)行驗(yàn)收。每個(gè)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目都不相同，學(xué)生以自由組合的方式組成課程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)小組（每組人數(shù)≤3人），最終課程設(shè)計(jì)需要遞交設(shè)計(jì)報(bào)告、視頻作品、設(shè)計(jì)源文件、匯報(bào)PPT等材料，每個(gè)小組最后選派一名代表對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行匯報(bào)，全體成員參加答辯。教師結(jié)合項(xiàng)目的功能完成度、材料、答辯情況和創(chuàng)新性給出考核成績(jī)。課程設(shè)計(jì)采用分組方式其目的在于鍛煉學(xué)生的協(xié)作意識(shí)、團(tuán)結(jié)精神和溝通能力；設(shè)計(jì)報(bào)告主要是考核學(xué)生的寫(xiě)作能力；視頻作品主要是考核學(xué)生信息化應(yīng)用能力；設(shè)計(jì)源文件主要考核課程設(shè)計(jì)的功能完成情況、軟、硬件等知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和學(xué)生的創(chuàng)新能力；匯報(bào)與答辯主要考核學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力和應(yīng)變能力。通過(guò)以上考核內(nèi)容可以較全面的評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)。綜上所述，本課程考核評(píng)價(jià)采用過(guò)程性動(dòng)態(tài)考核方法，注重考核學(xué)生顯性和隱性行為和能力。通過(guò)課程考核評(píng)價(jià)體系培養(yǎng)學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、參與性、自我學(xué)習(xí)獲取知識(shí)和技能的方法、知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和合作意識(shí)。同時(shí)，也培養(yǎng)注重學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)總結(jié)、學(xué)會(huì)歸納等多方面的素質(zhì)。

4 項(xiàng)目化教學(xué)模式實(shí)施方案

課程教學(xué)采用項(xiàng)目化教學(xué)模式，項(xiàng)目化教學(xué)安排在專用實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室配有計(jì)算機(jī)、EDA開(kāi)發(fā)軟件和課程硬件平臺(tái)等教學(xué)設(shè)備。課程共80課時(shí)，課程教學(xué)基本遵循從淺到深，循序漸進(jìn)的規(guī)律。因每個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的不同導(dǎo)致教學(xué)實(shí)施方法有所差異，但總體實(shí)施方案可參考如下幾步進(jìn)行：

第一步，線上自學(xué)。教師課前將項(xiàng)目涉及的教學(xué)內(nèi)容資料和配套的導(dǎo)學(xué)信息放在課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)（如優(yōu)慕課在線教育綜合平臺(tái)），學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)信息和教學(xué)視頻、PPT等學(xué)習(xí)資源完成課前自主學(xué)習(xí)，自學(xué)結(jié)束后完成課前線上作業(yè)測(cè)試；

第二步，課堂講授，線下檢測(cè)。教師依據(jù)學(xué)生課前線上作業(yè)測(cè)，在充分分析學(xué)生掌握各知識(shí)點(diǎn)的情況及存在問(wèn)題的情況下，教師結(jié)合課程專業(yè)的崗位要求，將課程知識(shí)點(diǎn)融入到課程項(xiàng)目中并就項(xiàng)目所蘊(yùn)含的課程知識(shí)開(kāi)展針對(duì)性的講授，講授結(jié)束后教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上布置線下作業(yè)，學(xué)生借助線下作業(yè)鞏固和強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)，教師根據(jù)線下作業(yè)檢測(cè)情況開(kāi)展教學(xué)反思和更針對(duì)性的講解；

第三步，理實(shí)結(jié)合。教師根據(jù)課程知識(shí)和崗位要求，對(duì)項(xiàng)目涉及的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展、延伸并讓學(xué)生提出新的更有深度、廣度的項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的要求，通過(guò)上網(wǎng)、學(xué)生間的討論、請(qǐng)教老師并運(yùn)用課堂講授知識(shí)，借助計(jì)算機(jī)、EDA開(kāi)發(fā)軟件（Quartus II）、EDA實(shí)驗(yàn)板等工具完成項(xiàng)目任務(wù)。教師對(duì)學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路、技巧、知識(shí)的運(yùn)用等進(jìn)行指導(dǎo)，解答學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，對(duì)學(xué)生存在的普遍性問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)。

第四步，綜合提高。在課程教學(xué)中期，教師公布眾多的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生以自由組合的方式成立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)（各團(tuán)隊(duì)人數(shù)≤3人）并選擇1個(gè)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目。學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求，通過(guò)查閱資料、討論等多種方式確定項(xiàng)目方案。運(yùn)用自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行模塊化分割。學(xué)生通過(guò)以下途徑動(dòng)手實(shí)踐完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，具體如下：1）利用課程學(xué)習(xí)過(guò)程中已完成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)模塊成果擴(kuò)展應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中；2）運(yùn)用所學(xué)課程知識(shí)完成系統(tǒng)各模塊的HDL文件的編寫(xiě)、調(diào)試、仿真及驗(yàn)證；3）根據(jù)項(xiàng)目模塊分割完成各模塊接口間的電路連接并要求完成外圍電路設(shè)計(jì)。學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目后遞交項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告、視頻作品、設(shè)計(jì)源文件、匯報(bào)PPT等材料且選派一名代表對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行匯報(bào)，團(tuán)隊(duì)成員回答同學(xué)和教師的提問(wèn)。學(xué)生除通過(guò)以上動(dòng)手實(shí)踐提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)的綜合能力外，還可以通過(guò)完成歷年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)賽題及參加每年的競(jìng)賽等實(shí)踐活動(dòng)來(lái)舉一反三提高綜合能力。

5 項(xiàng)目實(shí)施的效果及對(duì)比

從2015年開(kāi)始將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用到筆者所在學(xué)校的《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程教學(xué)，通過(guò)近4年的教學(xué)改革與實(shí)踐，相關(guān)專業(yè)學(xué)生的課程成績(jī)，課程設(shè)計(jì)的作品質(zhì)量、專利等等諸多方面成績(jī)均有較大幅度的提高。實(shí)施前、后4年對(duì)比（即2015～2019年與2010～2014年相對(duì)比），尤其學(xué)生參加國(guó)家級(jí)、省部級(jí)的各類競(jìng)賽所獲得的成績(jī)?cè)诘燃?jí)、數(shù)量上具有顯著的提高，具體獲獎(jiǎng)數(shù)量情況見(jiàn)表1所示。

表1 4年獲獎(jiǎng)數(shù)量對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用到《數(shù)字電路與EDA設(shè)計(jì)》課程教學(xué)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力以及創(chuàng)新意識(shí)和合作意識(shí)。通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法能提高課程教學(xué)質(zhì)量，具有一定借鑒價(jià)值。