基于實踐教學的數字系統設計課程教學改革

孫統風

摘 要：數字系統設計是一門理論性和實踐性很強的課程，與計算機專業、電子專業相關課程緊密相關，目的是培養學生解決實際問題的能力。論文提出了基于實踐教學的教學改革，鼓勵主動學習，以實踐為主線，通過實踐教學帶動理論教學，培養實踐創新能力，提高教學效果。

關鍵詞：實踐教學；主動學習；實踐創新能力

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》對高等教育創新人才的培養提出了新的要求，突出強化了實踐教學環節的重要性。實踐環節是大學生創新能力培養的重要基礎，也是應用型人才和創業人才培養的重要方式[ 1-2 ]。大學生，尤其是工科學生，他們對專業理論知識的掌握和創新能力的提高都離不開實踐，創新能力主要體現在創新實踐能力方面。

數字系統設計課程是一門理論性和實踐性很強的課程，目標是使學生掌握數字系統設計的基本理論和基本方法，能夠使用所學知識設計數字電路解決實際問題。該課程知識點多，操作性強，采用HDL（硬件描述語言）編程來設計電路，但與計算機編程和傳統的電路設計有很大的區別，對初學者來講，是全新的內容，很難通過課堂聽講完全掌握。教學改革以實踐教學為主線，實踐與理論相輔相成，以提高數字系統設計的教學效果。

1 教學改革與探索

針對數字系統設計課程教學中存在的問題，結合國家人才發展規劃，以實踐教學為主線，提出了具體的課程改革方法與實施方案。

1.1 課程教學中存在的問題

1）HDL語言與EDA軟件。HDL語法規則與傳統的計算機高級語言類似，但是該語言與計算機高級語言在編程、執行、設計目標等方面有著本質的區別，已學知識對新知識的掌握具有促進作用，也容易引入理解誤區； EDA軟件的高級應用，如：LPM宏模塊、IP核等，與實踐密切相關，課堂教學無法讓學生掌握相關的理論與操作。

2）數字系統設計理論。數字系統設計與傳統的數字電路設計既有區別又有聯系，一方面理論是實踐的升華，另一方面理論用于指導實踐，只能在實踐中才能真正掌握理論的精髓。

3）授課方式。授課方式一般采用多媒體教學，多媒體教學對HDL程序代碼以及程序演示效果不佳。

4）實驗。數字系統設計實驗需要花費更多的時間來完成前期準備、現場設計、成果展示以及實驗分析，在課程有限的時間內無法完成較復雜實驗。

5）教學效果。學生的實踐能力是教學效果最有力的體現。學生的動手能力不佳，在后續的相關實踐類課程中，只有為數不多的學生選擇數字系統設計方向的課題，這說明了學生并沒有很好地掌握課程的內容。

1.2 改革內容

改革的思路是，以實踐教學為主線，通過實踐促進理論知識的理解[ 3 ]，由課堂延伸到課后，由本課程延伸到相關課程。

1）改變授課方式。把HDL語言和EDA高級應用課程的授課地點放在實驗室，在實驗室多媒體教室完成課堂教學。在授課的同時，安排時間現場操作，有助于學生獲得直觀感受，提高學習效率。

2）調整課堂教學內容與實驗教學內容，實驗教學獨立考核。在課堂教學中，壓縮FPGA/CPLD原理的授課學時，增加數字系統設計模型和結構的授課學時，重點培養解決實際問題能力。實驗課全部采用設計型實驗，獨立成課，按照實驗效果考核學生的實驗成績。

3）豐富實驗器材，改善實驗室管理。數字系統實踐必不可少的是實驗器材。除了數字系統設計課程，后續的實踐類課程，如：電子設計課程設計、專業綜合實踐課程設計、畢業設計等，也可能用到這些實驗器材，因此有必要從多方面籌措實驗設備，改善實驗室管理。

4）完善相關課程的銜接。電子設計、信合專業綜合實踐、畢業設計等后續實踐類課程，以及電子學科大賽，都與數字系統設計課程相關，有必要統籌安排。

1.3 項目實施

在具體實施上，主要工作體現在以下幾個方面：

1）完善教學大綱和課程考核。數字系統設計課程分為兩部分：數字系統設計課堂教學和數字系統設計實驗教學，實驗教學獨立考核。在考核方面，課堂教學強調知識的靈活運用，側重于解決實際問題能力的考核；實驗教學采用設計型實驗，每個實驗由多個子任務組成，具有不同的深度和難度，根據實際的實驗效果確定最終成績。

2）采用新的授課方式。變被動學習轉化為主動學習，主要包括：把HDL語言和EDA軟件應用的授課地點放在實驗室多媒體教室，在授課的過程中，對于驗證性實驗和部分教材實例，在課堂上現場驗證它們的實驗效果；對于復雜案例，采用微課平臺輔助授課，學生可以下載源代碼和視頻資源，有選擇地多次學習。

3）提高實驗器材使用率，完善實驗室管理。保留舊設備、購買新設備，多方面籌措實驗設備，提供不同層次的設備，以滿足實際需求。在管理上采取開放的實驗室管理模式，實驗室的便攜式實驗設備可以預約借出。

4）完善相關實踐教學體系建設。注重課程體系的建設，針對后續的實踐類課程，包括電子設計課程設計、綜合實踐課程設計、畢業設計、學科競賽等，在應用課題、人員安排、實驗設備分配等方面做好銜接。

2 教學效果

本文的教學改革已在電子科學與技術專業的“數字系統設計基礎”課程實施兩年，學生的學習主動性、學習興趣和實踐能力都得到了提高。從考試情況來看，成績進步明顯，近兩年平均分在80分左右，不及格率降至3%以下。在后續的實踐類課程中，如：電子設計課程設計、信科專業綜合實踐、畢業設計，越來越多的學生選擇數字系統設計相關課題，表明學生對數字系統設計課程的興趣和掌握都在提高。在學科競賽類活動方面，榮獲全國電子設計競賽二等獎一項、江蘇省電子設計大賽一等獎兩項等諸多獎項。

3 結語

“數字系統設計”教學改革通過加強實踐改進教學，提高了教學效果，實現了課程的教學目標。加強實踐，有利于數字系統設計課程知識點的掌握，也有利于學生的創新思維和工程實踐、團隊合作等綜合素質的培養，將是未來許多工科課程的發展趨勢。在這個過程中，需要指導老師的大量精力投入，以及學院、學校的資金支持，但是與學生取得成果、教學效果的提高相比，是值得的。

參考文獻：

[1] 李嬌.大學生學科競賽管理運行體系研究——基于“挑戰杯”競賽的探討[J].浙江理工大學學報（社會科學版）2014，32（6）：539-543.

[2] 李全海.關于推動大學生創業工作的思考[J].經濟師，2014 （12）：194-196.

[3] 趙國平.論實踐教學與理論教學的關系[J].中國成人教育，2010（17）：127-128.