數字電子技術實驗教學中學生創新能力培養的探索

馬曉虹 尹向雷

陜西理工學院 陜西漢中 723003

數字電子技術實驗教學中學生創新能力培養的探索

馬曉虹 尹向雷

陜西理工學院 陜西漢中 723003

針對數字電子技術實驗中學生創新能力有待提高的問題，從實驗教學內容、實驗教學手段、實驗具體實施等方面提出教改方案。實踐證明，學生分析、解決實際問題的能力明顯增強，達到了教學改革目的。

數字電子技術；實驗教學；改革；創新能力

Abstract: For improving the innovation of students in digital electronic experiment, experiment method had been proposed. Suggestions of innovating the experiment was proposed from the experiment teaching content, experiment teaching means and experimental concrete implementation etc. As the fact proved, the ability in analyzing and solving practical problems of students had been improved. The goal of teaching had achieved.

Key words: digital electronic technique; experimental teaching; reform; innovation ability

數字電子技術是電子、通信、電氣信息類等專業的核心基礎課之一，是一門實踐性、理論性均很強的基礎課程。隨著各類新型可編程器件的出現，如CPLD，ISP，EDA仿真軟件等。這些新技術不管是在驗證理論、加深學生對理論理解方面，還是在實驗進度方面、遠程實驗教學方面、實驗成本和實驗安全方面，都對現有的傳統實驗具有非常好的互補性[1]。因為數字電子技術實驗課程的教學模式發生了很大的改變，學生在創新能力方面就顯得不足，實驗教學的創新性也要進行與時俱進的改革。因此加強數字電子技術課程的實驗教學，培養學生的實踐創新能力，是高校理工科專業教學的首要任務。為了達到這一目的，文章從實驗教學內容、實驗教學手段以及實驗的具體實施等方面對該課程的實驗教學改革提出幾點建議。

1 實驗教學內容方面

實驗內容的設計是實驗教學的重中之重，其設計的好壞會直接影響到實驗教學的效果，筆者從以下幾方面進行了實驗教學內容的改革。

1.1 正確發揮各類實驗的作用

對于數字電子技術實驗，可以分為基礎驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗等三類實驗[2]。應該以重視基礎、發揮能力為原則，正確發揮這幾類實驗的作用。

1.1.1 擴展和豐富基礎驗證性實驗

基礎驗證性實驗是針對某知識點而設計的實驗，是培養基本的實驗技能所必須具有的基礎實驗，也是其他各類實驗教學模式的重要基礎。通過基礎驗證性實驗，可以讓學生熟悉實驗的基本原理、方法及實驗過程，熟練掌握信號發生器、示波器、萬用表等常規實驗儀器的使用，電路故障查找、排除方法，牢固掌握實驗的基本理論、規范基本實驗操作、數據處理方法，并學會如何撰寫實驗報告、分析實驗數據。

以前我校的數字電子技術實驗課只進行TTL和CMOS數字集成器件邏輯功能的測試，現在增加了包括高低電平輸入電流、高低電平輸出電源電流、輸入短路電流、平均傳輸遲延、電壓傳輸特性、空載導出功耗、空載截止功耗、扇出系數等參數在內的TTL和CMOS數字集成器件參數的測試。特別是在進行電壓傳輸特性曲線的繪制時，可以讓學生充分理解集成器件的輸入輸出特性之間的非線性關系，從而進一步理解電平和電壓概念之間的關系。實驗中用到了信號發生器、示波器、萬用表等電子儀器，實驗學時也同時由兩個學時增加到4個學時。通過這一實驗，學生熟練掌握了常用電子儀器的使用方法、常用電子元器件的參數測試，為以后的設計性、綜合性實驗打下堅實的基礎[3]。

1.1.2 加大設計性、綜合性實驗

設計性實驗是針對某章內容而設計的實驗，其著重培養學生工程設計、制作等方面的創新能力。這類實驗是學生學習知識的目的，也是在為以后的課程設計、畢業設計做準備，對工科學生來說至關重要，應加大力度，重點培養。因為缺少了設計性實驗，同時也就缺少了對學生創新能力的培養。因此在進行設計性實驗時，例如交通信號燈控制電路設計、60秒計數器實驗等，實驗教師只給出實驗目的和實驗的基本要求，由學生自己設計實驗方案、實驗線路，自己選擇實驗儀器和設備，經指導教師簽字同意后予以實施。整個設計、調試過程完全由學生自己動手。實踐證明，設計性實驗與實際應用聯系得愈加緊密，愈能激發起學生學習的主動性與能動性，從而更容易提高學生的基本技能。

綜合性實驗是針對某幾個章節內容而設計的實驗，其內容可以涉及幾個理論教學單元，著重于幾個理論教學單元相互之間的聯系。綜合性實驗是以培養獨立分析問題和解決問題的能力為根本目的，它可以起到把所學到的知識融會貫通的作用。因此在實驗教學中，應把培養學生獨立分析問題、解決實際問題的能力和提高綜合素質的目的放在首要位置。

1.2 延伸性實驗階段

我們面向全院學生開設了電子系統綜合設計課程，并結合“‘飛思卡爾’杯全國大學生智能汽車競賽”“全國大學生電子設計大賽”“高校挑戰杯大賽”等比賽，將數字電子技術和模擬電子技術以及單片機等幾方面內容結合起來，進一步將先進的CPLD/ FPGA器件和EDA技術應用到電子設計系統中，讓學生學會電子系統綜合設計、電子系統自動化設計及仿真、CPLD/FPGA數字應用系統設計等幾個現代電子系統綜合設計方法。近幾年來，我院參加全國“飛思卡爾”杯智能汽車競賽的成績逐年提高。

2 實驗教學手段方面

2.1 引入先進的EDA技術

EDA教學實驗環境是一個虛擬模式下的實驗環境，是一個理想化的實驗環境。EDA技術的出現不僅為電路設計提供了一種嶄新的模式，而且它所提供的實驗環境更是電工電子類實驗教學中的全新模式。它不但提供了豐富的分立元件和集成元器件，而且還提供了最先進的儀器設備。在使用時，不會出現元器件接觸不良、損壞等不良因素。對于抽象晦澀的變化過程，它還可以通過波形、圖像等形式生動、形象、直觀地顯示出來，既便于學生理解，又節省了經費。

幾年來的改革實踐證明，將仿真軟件應用到實驗教學中，不僅加深了學生對基本概念、基本原理的理解，彌補了實驗所用元器件和實驗儀器缺乏所帶來的不足，避免了對實驗器材的損耗，還節省了實驗時間，提高了實驗效率。

2.2 制作網絡課件，引入網絡化教學

在實驗教學過程中，實驗儀器的使用是最基本的。但很多學生因為沒有掌握好儀器的使用方法，以至于花費大量的時間在儀器使用上，甚至有些學生因為不會使用儀器而導致實驗失敗。利用多媒體和網絡技術提供一種互動，將各種電子儀器的使用方法做成課件掛在網上，讓學生在進實驗室之前，先學習儀器的使用方法，再來實驗室進行硬件環境下驗證。既有利于學生系統掌握相關實驗知識，又節約了實驗室操作時間，提高了實驗效果。

2.3 成立創新實驗室和電子設計興趣小組

為有進一步發展需要的學生提供良好的學習環境和實驗室創新場所，培養學生的團隊協作精神，培養具有創新精神和領導才能的優秀人才，我們還成立了電子設計興趣小組和創新實驗室。在創新實驗室里，學生可以自擬實驗項目，然后在實驗室教師的指導下，開展設計型實驗，使學生把課堂上所學的基本方法、概念理解和掌握得更徹底，并結合校內外創新項目、電子設計大賽、“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽等大賽，充分發揮學生學習的自主性與創造性，充分展現學生內在的創造力與學習力，極大地提高了學生學習知識的興趣，培養了學生的動手操作能力[4]。

3 實驗具體實施

實驗可分為預習、驗證、總結等三個階段[5]。

預習階段，對于驗證性實驗，主要是在網絡課件上提前學習芯片的測試方法、工作條件以及各種常用電子儀器的使用方法等；對于設計性實驗，要求熟悉所需知識，能根據大綱進行簡單的分析計算；對于綜合性實驗，除過上述要求外，還需要進行方案評估與設計，并用EDA仿真軟件提前模擬。因為預習階段是整個實驗的基礎，它的好壞將直接影響實驗效果，所以對于任何層次的實驗都必須有相應的預習實驗報告。

驗證階段，主要是考查學生對方案的驗證能力、故障查找和排除能力等實際操作能力。因為學生對于實驗相對來說比較生疏，所以故障率就比較高，也沒有實際動手經驗。這時候，指導教師的任務就非常重，要引導學生掌握故障分析方法，并教會學生如何正確記錄實驗數據、分析實驗現象。

總結階段，要求學生寫出實驗報告。實驗報告包括對數據的分析處理、總結以及實驗的心得體會等幾個方面。

4 結束語

作為省級實驗教學示范中心，以提高學生的整體實驗素質為前提，在實驗教學方面不斷做出大膽的改革和創新，學生分析、解決實際問題的能力明顯增強。2010年，我校學生在第五屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽西部賽區的比賽中，共獲得1個一等獎，3個二等獎，2個三等獎；全國比賽1個二等獎。2011年我校學生在第六屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽西部賽區的比賽中，共獲得4個一等獎，1個二等獎，1個優勝獎；全國比賽3個一等獎。實踐證明，實驗教學改革效果明顯，總體達到了預期目標。

[1] 李升源,劉宏,周克良.電工電子虛擬實驗與真實實驗的互補性[J].實驗技術與管理,2010,27(4):74-76.

[2] 馬曉虹.淺析電工電子實驗課的教學改革[J].科技廣場,2008,2:201-202.

[3] 張曉暉,陳新華.數字電子技術實驗教學的改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2008,27(10):120-121,154.

[4] 張學成.數字電子技術實驗改革與創新[J].實驗室研究與探索,2011,30(8):285-288.

[5] 尹向雷.淺析如何提高微機原理實驗教學質量[J].中國科技信息,2007,6:268-269.

Research on training of students’ innovation in experimental teaching of digital electronic technology

Ma Xiaohong, Yin Xianglei
Shaanxi university of technology, Hanzhong, 723003, China

2012-04-08

馬曉虹，碩士，實驗師。尹向雷，碩士，講師。

陜西理工學院教學改革研究項目(編號：XJG1126)。