數字電子技術課程改革實踐思路探索

李雅卓　謝正媛　劉霞　祝頤蓉

一、緒論

近年來隨著“人工智能”“物聯網”“大數據”等新興技術的高速發展，一場改變人類未來生活方式的技術革命即將到來。這一變革勢必會對工業、農業、商業、教育等各個領域產生沖擊。在高等教育方面，若仍沿用傳統的教育教學模式將難以滿足時代發展的需求。因此，對傳統教育方式和新型教育方式的優缺點進行總結，探索適應時代發展的教育理念和人才培養模式，不斷實踐進行教學改革，是每位教育工作者應盡的責任和使命。

數字電子技術是各大電類專業的一門工程基礎教育平臺課程，該課程既具有很強的理論性和系統性，又有很強的工程性和實踐性。通過該課程的教學，教師不僅應傳授數字電子技術的專業基礎知識，還應培養學生的邏輯分析能力、實際動手能力、解決實際設計問題等各項綜合能力，為后續真正參與工程實踐打下堅實的基礎。

本文以數字電子技術為例，從知識傳授、能力培養以及專業素養三個層面出發，探討現代高等教育的課程改革思路以及實踐結果。

二、教學現狀分析

數字電子技術主要采用理論教學+實踐教學的授課模式。其中，理論教學的授課內容主要包括：邏輯代數基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈沖波形的產生與整形以及模數和數模轉換電路等。授課方式一般采用線下課堂教學為主，線上教學為輔，逐章講解的方式。實踐教學包括數字電子技術實驗和課程設計兩部分，要求學生在理論學習的基礎上，掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路的設計方法與應用，具備根據實際問題進行分析、設計與優化的能力。目前，在信息爆炸的大時代背景下，學生在課堂上的專注時長不斷縮短，若采用傳統的逐一講解知識點的方式進行授課，將難以在有限的時間內清晰完整地將知識教授給學生。另外，不論是理論教學還是實踐教學，該課程的課程目標主要還是停留在知識的傳授層面。根據工程教育認證的三大核心理念：以學生為中心、成果導向和持續改進，數字電子技術的理論和實驗課程的課程目標應能滿足工程知識、設計/開發解決方案、使用現代工具、終身學習等多個方面的人才培養要求。因此，根據課程特點，需要從知識傳授層面、能力培養層面和專業素養層面分別進行教學改革。

三、教學改革思路與實踐

（一）知識傳授層面

為保證在授課過程中維持學生的專注度.只采用傳統逐章、逐知識點授課的方式已無法獲得較好的教學效果。學生很容易由于授課內容的枯燥且缺乏條理性而無法跟上教師的教學進度。根據以上問題，在知識傳授層面的教學改革思路如下：（1）授課前，提前將本節課的知識點梳理出來，展示給學生并闡述各知識點之間的邏輯關系，提前強調重點知識點。（2）授課中，在講授知識點時應條理清晰，按照概念、原理、應用的順序進行講解。在知識點與知識點的過渡時，再次強調它們的邏輯關系，有助于學生在聽課過程中實時了解當前講授知識點在本門課中的地位與重要性。（3）授課結束前，再次總結本節課程講授的所有知識點，并引導學生進行建設性的思考。

根據以上教學改革思路，在授課過程中筆者采用了Q&A筆記教學法，進行了實踐研究。Q&A筆記教學的方法為，在課堂開始前要求學生在筆記本上繪制一個具有3列的表格。第一列為“問題列（Question）”，該列的內容由教師在上課之前給出。第二列為“回答列（answer）”，該列由學生在上課過程中填寫完成。第三列為“評論與討論列（Discussion and Comments）”，該列由學生在課后進行復習時填寫完成，如下表所示。

以組合邏輯電路章節中某一次課堂教學過程為例。授課前，首先梳理本次課將要介紹的知識點，列出Q&A表格，如下表所示。該次課將要講授2個知識點，其中每個知識點均按照概念、原理和應用三個層級進行劃分，并以提問的形式羅列在表格的Question欄位中。因此，課程講授前，學生已經了解了本次課將要學習的知識點以及每個知識點需要掌握的具體內容。在授課過程中，學生需要認真聽課，找到這些問題的答案，完成Answer欄位中問題答案的填寫。教師在授課過程中也應針對表格內容提醒學生回答表格中的問題，并強調知識點之間的邏輯關系。課程結束前，教師針對表格進行總結，提出建設性的思考題，讓學生思考。學生在課后根據教師的總結和提問填寫最后的評論和討論欄位，對相關知識點進行進一步的深入探討。如果將學生在課堂上的學習過程比做在大海中航行，那么授課前，給出Q&A表格則是提前將航道告訴學生.而表格中的每個問題則是航道中的浮標，在知識海洋中起到實時定位的作用。課堂結束，學生完成全部Answer欄位的填寫，即可認為到達終點。而評論和討論欄位則用來總結航行技巧并注明航道中存在的暗礁（知識難點）。

筆者針對19級學生，在課堂上采用了Q&A筆記教學法進行數字電子技術課程的理論教學.課程結束時對全班進行問卷調查，考察該方法的有效性，調查結果如下圖所示。其中，認為該教學方法有效的學生占比達到90%以上。可見，在教學過程中，提前劃分課程知識點，采用Q&A筆記教學方法有助于提高學生的聽課效率，提高教學質量。

（二）能力培養層面

在知識傳授層面教學改革基礎上，應進一步注重能力培養。包括知識應用方面的能力和學習能力的培養兩個方面。

實驗教學過程可作為知識應用方面能力培養的有效手段。實驗教學內容應盡量與課堂教學內容緊密結合。實驗過程分為3個環節：預習環節、實驗環節、撰寫實驗報告環節。預習環節中，學生通過在課堂上學到的數字電路的分析與設計方法，對實際問題進行分析研究，設計出滿足特定功能的數字電路，并撰寫預習報告。鍛煉分析設計能力和靈活應用知識的能力。實驗環節中，要求學生根據實驗報告中的設計內容，實現相應的數字電路并利用硬件描述語言，進行程序設計，完成硬件調試，實現FPGA硬件設計，鍛煉動手能力。實驗過程中應增設驗收環節，要求學生主動說明電路設計的原理和操作過程，鍛煉溝通和語言表達能力。撰寫實驗報告環節，要求學生在預習報告基礎上完善實驗報告內容，對實驗結果進行分析總結并寫明實驗過程中遇到的具體問題和解決方法。通過實驗過程三個環節的鍛煉，既能幫助學生鞏固和加深數字電子技術的相關理論知識.又能培養分析與解決問題的能力、動手能力、靈活應用知識的能力以及溝通和表達能力。