基于研究性教學(xué)的數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

孫科學(xué)　成謝鋒　劉芫健　肖建　諶靜

【摘 要】研究性教學(xué)要求教師以探究和探索的方式進(jìn)行組織教學(xué)， 培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造性。在數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究性教學(xué)中，運(yùn)用FPGA技術(shù)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生的探索研究能力和工程技能，為學(xué)科競(jìng)賽和全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文在研究性教學(xué)思想的指導(dǎo)下， 應(yīng)用FPGA技術(shù)對(duì)數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究性教學(xué)實(shí)踐， 探索實(shí)施研究性教學(xué)的教學(xué)方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；本科工程教育；研究性教學(xué)；交互式教學(xué)

【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate studentscuriosity and creativity.Using the FPGA technology studentslearning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the studentsability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.

【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching

0 引言

課程教學(xué)是高等教育的主渠道，推動(dòng)課程體系創(chuàng)新和教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的改革，已逐漸成為高等教育創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)改革的趨勢(shì)之一[1-3]。電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校理工類專業(yè)學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是學(xué)生在大學(xué)教育階段的主要工程性實(shí)踐環(huán)節(jié)，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力十分重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)以及就業(yè)都將產(chǎn)生直接影響[4-8]。

數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程是數(shù)字電路理論課程學(xué)習(xí)到工程師轉(zhuǎn)換的一座重要的實(shí)踐橋梁。我們采用研究性教學(xué)模式為了進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，創(chuàng)立類似科學(xué)研究的氛圍，以引起學(xué)生深刻體驗(yàn)和共鳴。通過該實(shí)踐環(huán)節(jié)的磨礪，使學(xué)生鞏固和加深對(duì)數(shù)字電路和模數(shù)混合系統(tǒng)的理解，增強(qiáng)工程應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，為學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電工電子實(shí)驗(yàn)系列課程是南京郵電大學(xué)獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，也是重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程；同時(shí)也是理論性、實(shí)踐性和工程技術(shù)性都很強(qiáng)的必修課程；是江蘇省重點(diǎn)建設(shè)課程和省級(jí)精品課程。本文在研究性教學(xué)思想的指導(dǎo)下， 應(yīng)用FPGA技術(shù)對(duì)數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究性教學(xué)實(shí)踐， 探索實(shí)施研究性教學(xué)的教學(xué)方法。

1 授課內(nèi)容的變化

目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，它和DSP及CPU并稱為電子系統(tǒng)的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)、支持在線編程、應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)周期短、開發(fā)成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高、性能穩(wěn)定以及可在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、儀器儀表、工業(yè)控制、信息處理等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中。而掌握CPLD/FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)已成為當(dāng)今硬件工程師和IC設(shè)計(jì)工程師的必備技能。

在授課內(nèi)容上體現(xiàn)了繼承與發(fā)展。即：繼承基于中小規(guī)模集成的電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，發(fā)展目前產(chǎn)業(yè)常用的CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路。通過本課程授課內(nèi)容的更新，使學(xué)生通過本課程掌握VHDL的程序設(shè)計(jì)方法與CPLD/FPGA的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，培養(yǎng)在硬件、軟件方面獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

通過授課內(nèi)容的變化，使學(xué)生既掌握設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)基于中小規(guī)模集成電路的方法，鍛煉學(xué)生的基本電路的調(diào)測(cè)和差錯(cuò)能力，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生掌握新技術(shù)、新工藝和新軟件，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題提供必要的知識(shí)積累。

2 授課形式的變化

依托我校電子科學(xué)與技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)，并結(jié)合授課教師的科研背景，我們編寫了偏重與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與工程應(yīng)用的普通高等院校電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐系列教材，通過具有代表性的工程案例，強(qiáng)化電工電子實(shí)驗(yàn)課程的工程技術(shù)性，并形成電工電子實(shí)驗(yàn)技術(shù)知識(shí)體系。同時(shí)積極完善該課程的教學(xué)視頻、電子教案、綜合芯片數(shù)據(jù)表文件、實(shí)驗(yàn)案例以及工程案例等線上資源，保證課程的系統(tǒng)性與完整性。

在授課形式上打通理論課和實(shí)踐課程的鴻溝，將數(shù)字電路理論課中的設(shè)計(jì)報(bào)告和研究報(bào)告在實(shí)踐課程中加以實(shí)現(xiàn)。要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告都要以科技論文的形式書寫，盡早鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和文字表達(dá)能力，提升學(xué)生的研究和溝通能力。

3 考核形式的變化

針對(duì)研究性教學(xué)的形式，我們構(gòu)建了多元化的考核方式。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)既包括了平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交與報(bào)告質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)操作情況、期中考試成績(jī)和期末考試成績(jī)，同時(shí)還包括了交互式學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在傳統(tǒng)的“平時(shí)+期中+期末”考核方式的基礎(chǔ)上，加入了平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)。考試和期中測(cè)驗(yàn)允許學(xué)生攜帶自行準(zhǔn)備的參考資料進(jìn)入考場(chǎng)，同時(shí)試卷分為實(shí)踐部分（60分）和實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)理論部分（40分）。同時(shí)，由學(xué)生自主完成各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。這種靈活的考核模式，有利于學(xué)生鍛煉工程實(shí)踐能力，完備學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的知識(shí)體系。

4 結(jié)束語

針對(duì)學(xué)生在工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力薄弱的難題和瓶頸，我們?cè)陔姽る娮訉?shí)驗(yàn)實(shí)踐課程中引入研究型教學(xué)模式，以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，切實(shí)倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。該教學(xué)改革的實(shí)施有力地推動(dòng)了我校實(shí)踐教學(xué)課程教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新，學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)積極踴躍，表現(xiàn)出極大的熱情和自信，參加競(jìng)賽并獲各類獎(jiǎng)項(xiàng)越來越多。我校在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯、全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽和美國(guó)機(jī)器人公開賽等重要賽事中，屢創(chuàng)佳績(jī)，近3年來獲得省級(jí)以上大學(xué)生電子類設(shè)計(jì)競(jìng)賽獎(jiǎng)共計(jì)近200項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)90余項(xiàng)。基于研究型的數(shù)字電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程改革有效地提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]