新工科背景下農林院校數字電子技術課程教學改革探索

廖娟 吳敏 劉路

摘要 新工科的建設與發展對高校工程專業課程教育提出了新要求，對學生的培養提出了新的目標。在新工科背景下對農林院校數字電子技術的教學現狀進行了分析，然后圍繞新工科的工程科技人才培養要求，有針對性地從優化教內容、改進教學方法、加強創新實踐等方面進行了教學改革探討。

關鍵詞 數字電子技術;新工科;教學探討;農林院校

Abstract The construction and development of new engineering puts forward new requirements for engineering professional curriculum education in colleges and universities， and puts forward new goals for the cultivation of students. Under the background of new engineering， teaching status of digital electronic technique in agricultural and forestry universities were analyzed in this paper. Then， based on the training requirements of engineering and technology talents for new engineering，teaching improvement methods for digital electronic technique were contrapuntally discussed，including the optimization of teaching content，the improvement of teaching mode，and the enhancement of innovation practice.

Key words Digital electronic technique;New engineering;Teaching discussion;Agricultural and forestry universities

電子科學技術的飛速發展使得電氣自動化技術、電子信息工程技術等廣泛應用于農林業，因此很多農林院校開設了電氣工程專業、電子信息工程專業及相關專業。數字電子技術作為農林院校里工科專業必修的電類基礎課，是后續的理論課程和實踐課程（如單片機原理及應用、EDA技術、電力電子技術、電子工藝實訓等）的先修基礎課[1]。課程通過對常用數字電子器件、組合邏輯電路、時序邏輯電路及其系統的分析與設計，讓學生掌握數字電子技術的基本概念和基本原理，并能夠將概念、原理及電路分析設計方法應用于工程問題的解決，獲得數字電子技術方面的基本理論、基本技能以及工程實踐能力，為學生學習相關專業知識和從事工程技術工作打下良好基礎[2]。

數字電子技術有著極深的理論知識和應用技能，該課程的專業基礎知識在農業信息化、農機智能化、農作物信息感知等眾多熱門領域有著廣泛應用，應用前景廣闊，是現代農業工程學科發展的重要基礎。隨著教育部《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》的發布，各地高校開展了新工科的研究實踐活動，深化工程教育改革，推進新工科的建設與發展，新工科的5個“新”，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系[3-5]。在5個“新”的指導下，數字電子技術課程的傳統教學方法已不能適應新工科背景下創新工程教育的要求。筆者圍繞新工科復合型創新人才培養要求，在分析農林院校數字電子技術課程教學現狀的基礎上，有針對性地探討了農林院校數字電子技術課程的教學改革措施。

1 傳統農林院校數字電子技術課程教學中存在的問題

數字電子技術在農業電氣化、智能化等領域應用廣泛，為滿足農林創新研究人才的需要，數字電子技術課程教學中應將農林人才創新實踐技能需求與教學內容相銜接[6]，在教學內容中引用農業工程實際應用中的電路案例分析，讓學生能夠主動結合某一電路的實際工程應用來學習和分析電路，在研究與實踐中主動學習知識。但傳統的數字電子技術課程教學局限于理論知識的傳授，筆者根據自己的教學實踐以及與同類課程的授課教師進行教學交流，總結了目前農林院校數字電子技術教學中存在的主要問題。

1.1 理論教學學時壓縮，知識點抽象

數字電子技術的理論教學學時由64學時壓縮為48或56學時，安徽農業大學數字電子技術為48個學時，但課程內容涉及知識多，授課教師面對如此多的教學內容通常會進行選擇性的授課，如第二章中邏輯函數化簡，課上教師會系統而詳細的重點講解公式法和卡諾圖法化簡，但是實際生活中電路變量個數的增加，公式法和卡諾圖法化簡使用受限，而更實用的Q-M法化簡不在課上進行教學[7]。此外，知識點抽象，學生很難理解與消化，如前面所學電路內容涉及都是具體的電壓值和電流值，而數字電路中只有0和1這2個邏輯值，數字電路中如何獲取這兩個邏輯值以及涉及到的二進制運算等知識點抽象，課上如果不結合計算機運行過程和實際工程應用，而是單純枯燥地介紹該部分知識點，學生不能直觀地理解，只能對教師傳授內容的記憶或生搬硬套，產生厭學情緒而影響后面內容的學習。

1.2 實踐教學環節欠缺，創新度不高

在實踐教學環節中，學生往往只是機械地仿照實驗指導書上的步驟來完成實驗內容，并不仔細思考其中的設計原理，不能很好地掌握電路在實際應用中的工程背景及應用場合，且驗證性的實驗與設計題目陳舊，創新度不高[8]。此外，該課程學生人數眾多，數字電子技術及其相關課程在安徽農業大學涉及農機化工程、機械化工程、車輛工程、建筑與能源工程、電氣工程和設施農業工程等眾多專業，每年修該課程的學生達到1 000多人。在實驗與課程設計環節，學校的實驗條件頗為有限，造成了學生多人一組，部分學生并沒真正參與到設計內容，而是從網絡或同組同學處抄襲設計內容以完成學習任務，很難得到充分實踐。

1.3 重視通用知識教學，農業特色不明顯

面向大學的工科專業，現行的數字電子技術理論教學只是區分電類與非電類來制定教學大綱和教學計劃，不同高校的相同專業數字電子技術理論教學內容差異不大，多在數字電路基本知識、基本數字邏輯電路的分析與設計以及常用芯片的功能特性與應用等通用知識教學。但同一專業在不同的高校具有不同的特色，對于具有農林專業背景的學生來說，其教學體系中應多為農業工程問題如農業信息采集電路、農機自動化控制電路等，通用知識的教學與專業背景和工程實際問題脫節，難以激發學生的學習興趣。

2 數字電子技術課程教學探索

針對數字電子技術課程教學局限于傳授基礎知識的現狀，結合現代農業發展的前沿技術，按照“新工科”的工程科技人才培養要求，探索數字電子技術課程教學模式。

2.1 優化教學內容，改進教學方法

結合農林學校特色專業的人才培養方案，修訂教學計劃，調整教學大綱，對課程內容進行優化，在保留基本概念、基本理論、基本運算的前提下，將先進的農林技術、科研成果、新知識新工藝轉化成教學內容及時傳授給學生，以講清概念、強化應用為重點來確定課程的主要內容和體系結構，密切聯系實際，強調工程應用，并在課堂教學前，與相關課程授課教師進行溝通，處理好課程間的銜接和課程相關內容間的關系。

基于課程特點，教學方法應突出學生的主體地位，理論知識的講解以項目為載體，并在教學中引入仿真軟件（如Multisim等）進行教學[9]，將一些抽象枯燥、傳統方法中難以用語言表達的知識點，利用仿真軟件就能直觀地觀察電路的運作過程和元件狀態變化的細節，激發了學生的探究欲望，學生不由自主地進入學習情景中，隨著教師的引導與啟發，自主地開始進行問題的探討，讓學生不再局限于傳統教學模式下知識點的理論分析和記憶，激發學生的能動性，培養抽象學習能力。

以溫室中16個采集點溫度數據采集系統為例，該項目可分為數據采集與轉換模塊設計、控制器數據接收模塊設計、控制器數據發送模塊設計等項目，各點溫度傳感器采集的溫度信號經過AD轉換和無線發送至主控制器，主控制器進行溫度的判斷比較后進行相應的加溫或降溫處理的控制，由于采集點多且主控制器的輸入輸出接口有限，將數字溫度信號通過16-4線編碼器編碼到達控制器，控制器接收、處理相應的4位二進制碼，發送給4-16線譯碼器，譯碼器根據有效信號位去控制相應的加溫或降溫部件。在數據采集和轉換模塊設計項目中，按照數字電子技術課程的知識體系，引出該節課所要講授的知識點模數轉換（A/D），講授完后利用Multisim軟件設計并仿真項目，在學生掌握基本理論后，設置情景，如果數字量的數據需要轉換為模擬量怎么辦？學生由被動記憶 A/D原理轉變為主動探索A/D與D/A功能以及電路設計、模擬情境的設置，激發學生學習的主觀能動性。

2.2 強化創新能力培養，設立創新實踐教學

學生通過實驗實踐才能更好地掌握理論知識以及知識的靈活運用，而傳統的實驗實踐教學大多為基礎性的驗證性實驗，不能將課程知識很好地應用到實際[10]。為彌補現有實驗教學的不足，開設創新實踐教學，結合院校特色、專業培養目標以及技術的發展，以小課題形式提出若干與農林知識相結合的研究方向，結合自己的興趣，學生自主地組建小組，合理地分工合作，通過文獻調研、解決方案討論以及實驗設計和驗證，整個實踐過程的學習，能夠讓讓學生深入掌握課程知識和實踐應用，更能夠培養學生創新意識、提高實踐能力水平、培養學生自身團隊間的合作意識與協作水平以及學生求真務實作風，這些都為將來的繼續升造或者進入社會工作打下了良好基礎。

此外，結合學科競賽內容，將科技活動有效引入第二課堂，改革實踐教學內容，加強交叉學科知識的學習，推進實驗室開放，配合全國大學生電子競賽、全國大學生自動化大賽、全國大學生農業智能裝備大賽以及安徽省單片機與嵌入式系統應用大賽等，開展數字電路的應用類型綜合實訓，并通過興趣小組的篩選，可以將較好的學生和較好的小組作為大學生各類比賽以及大學生創新項目等高水平大賽的人才和團隊儲備。

2.3 以產教融合為指導，提升學生的創新創業能力

產教研融合即將理論、實踐、創新三者進行有機的結合，為更好地實現產學研一體化，如安徽農業大學工學院可以繼續加強與合肥陽光電源公司、中聯重機股份有限公司、合電正泰電氣設備公司、安徽電力公司等相關企業的產學研合作，完善校外實踐基地建設，充分發揮和依托本學院電工電子教學實驗中心、校外實踐基地，強化企業和社會環境下的數字電子技術綜合工程實踐訓練，學生參與項目的設計、運作等各個環節，學生的創新意識得到激發，切實地提高學生的創新創業能力。另外，產教研融合還可以實現校企共建課程與教學資源，結合企業項目，進一步優化教學內容，豐富課堂案例教學，促進教學方法的改進，真正做到“做中學、做中教”的教學做合一。

基于創新實踐教學，考評方式不再是單輪的理論考試+平時成績，而是要加入學生實踐能力的考核，包括實踐項目實施過程、研究報告以及答辯成績，使教學重點放到能力的培養上，切實培養學生分析問題、解決問題的能力，調動學生主動學習的積極性以及對研究與實踐的興趣，開拓學生的創新精神，提高學生的綜合素質。

3 結語

在新工科背景下，分析了農林院校數字電子技術教學的現狀，有針對性地對教學方法改進進行了探討，具體包括優化教學內容、改進教學方法、強化創新實踐教學以及加強產學研，旨在將實踐教學引入課堂，通過實踐學習，鞏固基礎知識、提高創新實踐能力，最終培養理論知識扎實、創新實踐能力強的農林“雙創型”后備人才。但教學是一個不斷改進的過程，如何培養出新工科復合型創新人才，后續的教學過程仍需要不斷改革創新。

參考文獻

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