数字电子技术课程是高校自动化、通信工程、计算机等专业的重要专业基础课程, 它具有较强的理论性和工程实践性, 对电类各专业培养目标的实现起着至关重要的作用。但长期以来, 传统的教学模式极大地制约了学生创新能力的发展。为解决该问题, 以学生创新能力培养为目标, 对课程的实践教学和立体化教学方面进行了一系列的改革和实践。
1 以多种教学方法和手段激发学生的学习兴趣
在教学过程中我们的做法是: (1) 加强多种教学手段的结合以提高教学效率; (2) 采用启发式互动教学, 变被动学为主动学; (3) 以实例组织教学, 激发学生好奇心。根据数字电子技术课程中不同内容的特点, 我们采用了多种形式的教学方法, 力求最佳的教学效果, 激发学生学习兴趣。如:对于容易混淆的概念, 需要通过分析归纳的基本理论等内容, 通常采用“提出问题→讨论问题→给出结论”的启发式互动教学方式。对于一些较为抽象的概念, 一些知识运用, 采用案例教学, 将数字电路应用实例贯穿在理论教学过程中。例如:在介绍编码器和译码器之前, 首先用Multisim仿真演示一个多人抢答器的工作过程, 让学生清楚地看到编码器和译码器在抢答器中所起的作用, 充分理解他们的功能和用途。教学实践证明, 灵活应用多种教学手段组织课堂教学, 不仅可以增大课堂信息量, 便于学生理解, 提高课堂的教学效率, 也能激发学生的学习兴趣和学习的主动性, 达到较好的效果。
2 通过实践环节改革培养学生创新能力
《数字电子技术》课程具有工程实践性强的特点。为此, 与理论教学改革相适应, 我们对实践教学内容与方式进行了大幅度的改革。将电类专业数字电路实践教学分为两部分:实验和课程设计, 分别单独设课, 增加了实践教学的学时和内容, 实验定为24学时;课程设计集中安排, 为期一周。制定了新的实践教学计划和教学大纲, 做到了传统内容与现代内容相结合、虚拟和实际结合、软硬件结合、教师命题与学生自拟题目相结合。
2.1 构建层次化的实验教学
实验教学内容的设置立足于“基础”+“应用”。在巩固理论教学的基础上, 注意选题的趣味性、实用性。遵循由易到难, 由基础到综合, 循序渐进的原则, 将实验内容分为三个层次:基本实验、综合型实验、设计型实验。在合理安排三者之间关系的基础上加重设计和综合实验的比例, 使之大于等于50%。
通过基本实验使学生掌握各种电子仪器使用, 各种器件、单元电路功能与性能及其测试方法等;在综合实验中, 学生必须将多个不同的单元电路综合组成一个完整的、符合要求的整体电路。如:计数-译码-显示实验, 学生在分别掌握计数、译码和显示各单元电路设计的基础上学会系统分析、单元与系统之间的联动调试和测试方法;设计型实验则需要通过自行设计电路、软件仿真、实物调测等手段, 搭接出符合要求的逻辑电路。随着课程的进程, 设计型实验由简单到复杂, 小规模到中规模再到大规模, 由组合电路到时序电路逐步展开, 直到完成简单数字系统的设计实验, 如:声光报警电路、汽车尾灯控制电路的设计和制作等。设计型实验课内一般安排4学时, 用于调试。对实验结果达不到要求或不满意的同学则利用课余时间到开放实验室去完善。
实验前学生根据不同实验, 需作不同的准备, 如自拟实验步骤, 完成实验方案、画好框图、原理图、接线图等才能进入实验室进行实验。在实验过程中教师除了教会学生实验方法外, 还特别注重培养他们调试电路与故障排除能力。如果遇到不正确的实验结果, 老师不轻易指出问题所在, 而是教给学生分析、查找和排除故障的方法。
2.2 引入新技术新方法进行课程设计
课程设计是需要学生综合应用数字电子技术知识设计一个较为复杂的电子系统, 因此它安排在《数字电子技术》理论课程和实验课程结束之后开设。改革重点是在数字电路课程设计中全面引入EDA技术, 并设计多样化的课程设计课题。
选题上我们选择趣味性、综合性、创造性强, 贴近工程实际, 具有一定科技含量的课题。考虑到不同层次学生的情况, 提供不同类型、不同难度的设计任务供学生选择, 如: (1) 功能扩展型, 这类题是指在提供参考电路的基础上, 提出扩展功能的新要求, 针对新的设计任务, 要求学生完成相应的设计。 (2) 综合应用型, 这类题是指在提供功能模块框图的基础上, 由学生完成各功能模块和系统的设计。 (3) 创新设计型, 这类题是指由学生自行选择课题, 自行提出设计任务 (经教师审核) , 自行选择设计方案、设计电路。
我们将整个设计过程分为三个阶段组织实施, 每个阶段都有明确的教学要求与目标。第一阶段为准备阶段, 利用课外时间完成。要求学生自学Max+plusⅡ软件的使用和设计方法, 制定设计方案。在这一阶段, 老师主要给予辅导。第二阶段为设计调试阶段, 为期4天。在此阶段要求学生在EDA实验室提供的软硬件平台上进行课题的设计、功能仿真、时序仿真、下载到目标芯片, 展现实际效果。老师根据每个同学的设计情况进行针对性指导。利用EDA便于构建与修改电路的优势, 鼓励学生大胆尝试多种方法、多种方案, 扩展功能。比如, 对于擅长于用VHDL设计课题的同学, 鼓励他们尝试采用混合输入方式设计课题;对于做“彩灯循环显示控制电路”设计的同学, 8路循环成功后要求他们扩充到16路, 完成了三种彩灯闪烁规律的, 再增加到四种, 用手动控制改变循环规律的, 改为自动控制改变循环规律等等。第三阶段为验收答辩阶段, 为期1天。在此阶段, 指导老师对每个同学的设计成果进行现场验收和答辩。学生首先简述其设计过程、设计方案和系统达到的性能与特色, 实现过程中遇到的问题和解决的办法。老师根据设计方案、仿真过程、下载结果及创新点进行评述。
通过课程设计各环节的实践, 使自己的自学能力、运用知识的能力、分析和解决问题的能力、工程设计能力和创新能力有了明显的提高, 更锻炼了意志, 收益匪浅。
3 建立开放式教学模式拓展学生视野
为提高课程教学效果, 课程组的教师构建了交互式网络信息化教学平台, 此平台包括教学资料、课件、视频、理论教学、实践教学、仿真软件、网上答疑、网上批改作业等内容。引导学生去自主地探索, 参与网络学习与讨论, 既拓展了学生视野, 也加深了师生交流。
在自动化系统集成专业建立导师制由课程组的教师担任学生的课外实践和各类竞赛的指导教师。指导教师从教学、科研、竞赛等方面给予学生帮助和指导, 使学生们从大一开始就有机会参与科研项目与各类学科竞赛, 并用多种方式加以激励。
2006来, 我院已与三菱、西门子、GE-FANUCE、博世力士乐等7家著名企业合作共建了多个实验室或实验中心。课程组的多位教师参加了实验中心的建设, 构建了多个高水平的数字系统、数控系统实验平台, 为学生开展教学实验、课程设计和课外自主研学提供了面向工业应用实际并与国际接轨的一流环境。以此平台为基础, 将数字电子技术与PLC技术结合起来, 构建立体仓库、交通灯、电梯、多轴运动系统等开放式实践平台, 设立若干课题, 由学生自主选择, 进行课外研学;还采用采取走出去请进来的方式, 通过与著名企业的交流, 让学生开阔视野, 为培养应用型人才奠定了良好的基础。
4 结语
数字电子技术课程实践教学的改革不仅提高了教学效果, 而且在学生创新能力培养中也发挥了重要作用。近几年来, 学生课外活动硕果累累。本课程组教师指导的学生在全国大学生电子设计竞赛中分别取得了国家级二等奖和江苏省一等奖, 全国大学生“挑战杯”科技作品竞赛江苏省赛区一等奖, 首届全国“三菱电机自动化杯”大学生自动化科技创新设计大赛一等奖等。
摘要：如何让《数字电子技术》课程教学能紧跟现代电子技术的发展, 如何培养国家建设需要的创新型的应用型人才, 是教育者肩负的责任。本文叙述了《数字电子技术》精品课程建设中围绕学生创新能力培养在理论教学、实践教学和开放式教学等方面的改革和实践。
关键词：数字电子技术,实践教学,创新能力培养
参考文献
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