數字電路實驗教學改革與實踐

應俊+黃沛昱+羅一靜??

摘要：本文介紹了重慶郵電大學數字電路實驗課程組對數字電路實驗教學的改革和實踐思路，通過梳理課程內容，增加基本技能訓練環節，引入現代電子設計技術，并配套包括教學資源建設，教學模式改革以及考核方式改革等。

關鍵詞：數字電路實驗；課程內容；教學資源建設；考核方式改革

重慶郵電大學是以信息技術為特色和優勢的以工科為主的高等學校，數字電路實驗是我校大部分專業的基礎課程，關系到后續專業課程的進一步學習，在學生工程實踐能力的培養中占有舉足輕重的作用。

一、 存在的問題

數字電路實驗教學內容以基礎、經典知識點和傳統設計方法為重，缺乏對現代電子技術的引入。課程內容采用固定功能元器件完成簡單功能小系統的設計與搭建，這種方法有利于學生熟練掌握硬件電路搭建的規范、熟練掌握固定功能數字芯片的邏輯功能、有利于鍛煉學生硬件故障的分析和排查能力，但是由于受傳統技術的限制，學生很難設計實現較大規模的、功能復雜的數字綜合系統。隨著電子技術的進步，相繼出現了EDA、PSoC等各類新技術并成為數字系統設計的主流技術，數字電路實驗教學急需引入現代電子設計技術，使教學和實踐訓練能夠有效地向后續課程延續。

二、 教學內容改革

針對以上問題，課程組以學生工程能力培養為目標，對數字電路實驗教學內容重新進行了梳理，歸納基本技能訓練內容，引進現代電子設計技術，完善課程知識架構。數字電路實驗內容包括“基本技能——單元電路/小系統（傳統）——綜合系統（現代）”三部分：

1. 數字電路實驗基本技能，指完成數字電路設計、搭建、制作、調試等需要掌握的基本能力，包括常用儀器儀表的使用，常用數字器件的識別，面包板的使用，數字實驗平臺的使用等，這些內容簡單但是非常重要，是后續學習的基礎，需要學生反復實踐才能熟練掌握。這部分內容從課上教師集中講解改為課前學生自學練習掌握，配套相應的考核，充分調動了學生自主學習能力，切實夯實實驗基礎，優化課上實驗教學內容，有效解決課上學時有限卻需要增加實驗內容的問題。

2. 保留并優化基于傳統固定功能芯片的數字電路實驗內容，以小系統小項目的形式組織實驗內容，強化訓練低年級學生硬件搭建、故障定位和排查能力。

3. 增加現代電子設計技術，以綜合性較高的項目為引導，幫助學生掌握“自上而下”的數字系統設計方法，掌握FPGA硬件平臺的使用，開發軟件的操作，綜合系統的調試等。

三、 配套教學改革

1. 豐富教學視頻資源，自制實驗教學平臺，有效保障實驗教學開展。由課程組教師親自演示和講解，錄制數字電路實驗基本技能視頻16個，總時長100分鐘左右，每個演示視頻短小精悍，學生可以利用碎片化時間進行反復學習，然后到開放實驗室進行實際操作練習。豐富的視頻教學資源可以幫助學生快速、有效地掌握各項基本技能。

課程組開發制作了一些與教學配套的硬件平臺，包括簡易數字電路實驗平臺和FPGA實驗平臺。簡易數字電路實驗平臺用于支撐傳統實驗教學內容，與市面上大部分數字電路實驗箱相比，簡易數字電路實驗平臺裁減掉可以由標準儀表提供的功能，例如直流電源模塊、信號源模塊等，只保留了完成數字電路實驗需要的最為基礎的功能模塊：高低電平的產生模塊和高低電平指示模塊。平臺小巧方便攜帶和使用，學生人手一塊。FPGA實驗平臺用于支撐基于FPGA的數字電路實驗項目的開展，平臺提供豐富的外設資源，便于設計復雜的綜合性較高的數字電路實驗項目。

2. 改革實驗教學模式，采用視頻教學+集中授課+開放實驗+仿真實驗的多樣性教學模式，互補優勢，提高實踐教學效果。在基本技能訓練階段，要求學生自學，學習內容簡單，需要反復練習才能熟練掌握，所以采用視頻教學+開放實驗的模式?；趥鹘y設計方法的小系統設計和基于現代電子設計技術的數字系統綜合設計，需要學生課前仿真完成預設計，課上完成硬件實現和調試，課后完善和補充系統功能，所以配套仿真實驗+集中授課+開放實驗的模式。

3. 改革考核方式，制定評分標準，注重過程化管理，合理評價學生課程掌握程度。課程考核主要包括三部分：（1）數字電路實驗基本技能，采用技能考核的方式，學生抽取試題，按要求完成任務，教師根據學生完成情況現場測評，考核不合格者不允許進入下一階段學習。（2）基于傳統技術的小系統設計和實現，采用實驗考試的方法進行考核，考題覆蓋所有已授內容且有難易度區分，學生抽選考試題目，自行選擇題目難易度，根據題目要求完成設計、電路搭建、測試以及數據記錄和分析等，老師現場評測各項指標并按評分標準評定成績。（3）基于FPGA的數字綜合系統設計和實現，采用系統綜合測評的方式進行考核，綜合測評包括系統基本功能、擴展功能、學生答辯、實驗報告等。

四、 結束語

課程組分析了本校數字電路實驗課程存在的問題，從改革教學內容出發，配套實驗教學資源、實驗教學模式和過程化考核方式等改革。實踐結果表明，基本技能的訓練，將現代電子設計技術引入課程，增加數字系統綜合設計，有效地夯實了學生的基礎，鍛煉了學生的動手實踐能力。

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作者簡介：

應俊，黃沛昱，羅一靜，重慶市，重慶郵電大學。endprint