基于工程教育理念的“數字電子技術”課程教學改革探索

陳思諭，甘國妹，李瓊，莫燕斌，黃艷虎

玉林師范學院 物理與電信工程學院，廣西玉林，537000

0 引言

新工科人才培養戰略要求工程教育不僅要強調理論知識的掌握，更要注重學生的實踐能力、綜合素質以及創新思維與創新能力的培養，以實現知識學習、能力培養和綜合素質提升的人才培養目標[1]。“數字電子技術”作為電子信息類本科專業的基礎核心課程，是后續“模擬電子技術”“數字系統設計”“單片機原理與接口技術”以及“FPGA及片上系統SOPC應用”等課程的重要基礎課程，在電子通信領域具有廣泛的應用，并在數字信息時代占據重要地位[2]。該課程具有基礎理論性和實踐性的雙重特點，要求理論與實踐的有機融合，倡導以扎實的理論指導實踐，并通過實踐促進學生對基礎理論的深入理解。在新工科人才培養戰略與工程教育專業認證背景下，以學科知識為導向，并以教師為教學主體的教學模式已無法滿足新時代工程專業人才的培養要求，因此“數字電子技術”課程教學模式改革勢在必行。

本文基于“數字電子技術”課程的特點與新工科背景下工程教育人才培養要求，以玉林師范學院電子信息工程專業為課程改革對象，注重課程理論性與實踐性的雙重特點，從理論教學、實踐教學以及考核方式等方面進行課程改革探索，創新教學模式與教學理念，改革教學方法，致力于培養學生的實踐能力、創新思維以及自主持續學習能力，實現培養應用型、創新性和復合型新工科人才的課程改革目標。

1 理論教學改革

1.1 構建以學生為主的教學模式

在新工科與工程教育認證背景下，工程實踐類課程的教學強調以學生為中心，更加注重學生的工程實踐能力培養[3]。傳統以教師為教學主體、學生被動接受的灌輸式教學方式已不能滿足當前工程教育的教學要求，而以學生為中心的教學模式在培養新工科人才戰略中正發揮著重要作用。在理論教學改革中，著力構建以學生為中心的教學模式，強調學生在教學中的主體地位，學生是知識的積極學習者，注重學生的主動學習意識和自主學習能力的培養；教師在教學過程中不再是單純地機械傳授知識，而是更加注重其在教學活動中引導者與推動者的重要作用。

（1）積極推進課前學習引導，為教學活動構筑基礎。教師在課前發布學習任務和學習指導，引導學生自主學習，為教學活動的順利進行打下堅實基礎，同時培養學生的學習主動性與積極性。

（2）基礎與核心理論采用教師主導的授課方式進行。貫徹教師主導的講授式教學方式，確保學生對基礎與核心理論的理解與掌握，并在授課過程中適時結合討論式、互動式的教學方式，激發學生對理論知識的積極思考，促進學生獨立思考能力、分析和解決問題能力的提升。

（3）拓寬學生知識學習的途徑，提升學生自主學習和探索的能力。突破傳統教學方式教師、教室和教材的局限，倡導時空開放的學習方式，鼓勵學生通過網絡、在線精品課程、圖書館以及課外學習活動等方式進行知識的學習與探索，強化學生在教學過程中的積極性、主動性和創造性。

1.2 進階、仿真融入式教學，構建學習自信與興趣

本課程的理論知識具有邏輯復雜的特點，許多知識的邏輯關系復雜難懂，容易使學生產生畏難心理，而良好的學習自信與興趣是提高學習積極性與主動性的重要推動力，能夠有效提高教學效率。因此，構建學習自信，激發學習興趣對課程教學至關重要。

（1）采用進階式教學模式，構建學習自信。課程理論講授、例題講解和課堂互動等教學活動，遵循進階式原則，由易到難的教學方式能夠有效促進學習自信的構建。例如在講解觸發器時，先講解基本觸發器的電路構成、工作原理，以及現態、次態、特性表和特性方程等方面的內容，這部分內容邏輯關系相對簡單，學生普遍能夠很好地掌握，表現出較好的學習自信。接著，講解同步觸發器的電路構成、工作原理和主要特點等內容。然后，在基本、同步觸發器的基礎上進一步講解邊沿觸發器的電路構成、工作原理、工作特點，以及邊沿觸發器的功能分類、類型轉換方法和集成觸發器等方面的內容，同時以進階式的實例講解鞏固所學內容。在課后作業安排中，遵循難度逐步遞增原則，使學生逐步構建學習自信。

（2）將電路仿真融入教學，激發學習興趣。基于本課程理論邏輯關系復雜的特點，許多電路系統的分析與設計邏輯關系復雜，使學生難以掌握其工作原理、邏輯功能以及物理意義。為使抽象復雜的邏輯關系直觀化，本課程在課堂教學中充分使用多媒體、動畫和Multisim仿真軟件等現代教學工具，將電路系統的抽象邏輯圖像化，直觀呈現其工作原理和邏輯功能。例如在時序電路的分析中，采用Multisim仿真演示的方式對電路系統的脈沖時序、狀態變化和邏輯輸出等進行動態顯示，將抽象的理論邏輯與仿真演示結合，增加課堂教學的趣味性，不僅使抽象的邏輯關系更容易理解，而且學生能夠直觀感受數字電路的魅力，激發學生的學習興趣，讓教學更具活力。

1.3 利用超星平臺，打造線上線下混合式教學模式

新工科人才培養戰略與工程教育注重理論知識的掌握、綜合素質與實踐能力的培養，而傳統的教學方式過度側重于知識的講授，很難滿足當前新工科教育的發展要求。隨著互聯網技術的快速發展，高校教育積極探索新的教育模式，其中線上線下混合混合式教學將傳統課堂與在線課堂有機融合，是一種兼具兩者優勢的高效教學模式[4]。新工科背景下，本課程對理論學時進行壓縮（48課時），造成課程內容多、課時少的矛盾，傳統的教學模式難以完成新工科知識學習，綜合素質、創新思維和實踐能力培養的教學目標。因此，學校基于超星在線教學平臺啟動“數字電子技術”線上線下混合式一流課程建設，采用線上線下混合式教學模式進行教學。①組建結構合理的課程建設團隊，并積極參加超星慕課建設培訓。②開展課程建設教學研討、邀請本課程教學專家進行課程建設指導。③梳理課程知識體系，制作課件，錄制教學視頻，并編撰配套習題與測驗。④將課程相關教學資料上傳到超星在線教學平臺構建在線課程，并對課程進行持續完善。

超星慕課的建設使課堂教學與在線教學有機融合，對本課程教學目標的實現具有重要作用。①在線課程建設使課程內容擴增與學時壓縮的矛盾得以解決。課堂教學可以將重心放在核心理論知識的講授與探討，而復雜的邏輯推導，以及電路系統的分析、設計過程在線上課堂進行。②在線課堂突破了時空限制，使學習效率得到有效提高。③強大的學情統計功能，實時反映學生的學習情況，能夠為教學方案的調整與完善提供科學依據。④多樣化的互動交流功能，有利于師生互動、同伴學習等教學活動的開展，構建積極活躍的學習環境。此外，在課堂教學中教師可通過超星“學習通”APP開展教學互動。實踐表明，在線課程突破了傳統教學的時空限制，對提高教學效果具有積極的促進作用。

2 實踐教學改革

“數字電子技術”課程具有理論性與實踐性的雙重特點，新工科人才培養不僅要求學生具備扎實的理論基礎，更注重學生的實踐能力、工程意識，以及創新思維與創新能力的培養，提升學生分析與解決問題的能力。

2.1 充分利用Multisim仿真軟件

Multisim作為功能強大的電子電路仿真分析與設計軟件，擁有豐富的元件庫及虛擬測試儀器，具有強大的電路系統仿真功能，能夠為實踐能力培養提供極大幫助[5]。由于“數字電子技術”課程中許多基礎理論、電路系統的分析與設計方法具有邏輯復雜的特點，若單從理論和邏輯推導的角度理解比較困難，而采用Multisim軟件對電路系統進行仿真，能夠使邏輯功能直觀化，加深學生對理論的理解，對理論教學和實驗教學均有很好的輔助效果。此外，充分利用其強大的電路分析與設計功能，有助于學生突破硬件實驗平臺和場地的限制，為電路的原理圖繪制、電路邏輯分析以及系統功能設計提供極大幫助。充分利用Multisim仿真軟件不僅有助于學生對理論知識的理解，而且有利于學生工程意識、創新能力和實踐能力的培養。

2.2 實訓與工程實踐相結合，注重實踐能力培養

工程實踐性作為“數字電子技術”課程的重要特點，培養學生工程意識、實踐能力和創新能力是本課程的核心教學目標，實踐教學活動采取實訓與工程實踐相結合的多途徑實踐模式，著力提升學生綜合實踐能力。

（1）開展基礎實訓課程教學，培養學生基礎實踐能力。首先，根據課程基礎理論構建合理的實訓課程，編撰實訓指導書。然后，錄制對應的高質量實訓指導視頻，并上傳超星線上課程教學平臺，為學生提供實訓課前指導。最后，結合實驗室“數字電子技術”實訓平臺進行電路設計實訓，通過實訓教學促進學生對基礎理論的深入理解。

（2）開展課程設計實踐，培養學生工程意識與創新意識，提升學生的綜合實踐能力。在教學進程中期安排課程設計實踐任務，將實踐任務貫穿于系統電路設計、元器件選擇、原理圖繪制、Multisim電路仿真、硬件電路系統設計與調試以及課程設計報告撰寫等工程設計的基本流程中。培養學生電路系統設計能力、仿真分析與設計能力、硬件調試能力，提升其在實踐中分析與解決問題的能力，挖掘其創新設計能力。

此外，課外探究實踐也是實踐教學的重要組成部分，實踐項目具有綜合性特點，例如：數字頻率計、數字電子時鐘等，以實踐小組的方式進行，培養學生的工程意識、團隊合作精神、創新思維和溝通交流能力，提升其綜合實踐能力。

3 課程考核方式改革

本課程兼具理論性與實踐性雙重特點，而且新工科人才培養戰略與工程教育還要求注重學生綜合實踐能力的提升，以及創新意識與創新能力的培養。以往理論考核為主、實踐能力考核為輔的課程考核方式已不再符合新工科人才培養考核要求。為了能夠更好地體現教學效果，本課程進行考核方式改革。課程考核主要從理論與實踐兩方面進行，課程成績由理論成績（40%）、課堂成績（10%）、作業成績（10%）和實踐成績（40%）構成，其中課堂成績主要從教學參與情況、隨堂練習和線上課程學習情況等方面進行考核；實踐成績主要由課程實訓成績（25%）和課外探究實踐（15%）組成。此外，課程設計實踐獨立考核，按要求完成可獲得0.5學分。新的課程考核方式能夠更好地體現課程理論性與實踐性并重的工程教育理念，更加注重綜合實踐能力、創新思維、工程意識以及持續學習能力的培養，在激發學生學習興趣、提升學習積極性與主動性等方面發揮著重要作用，能夠更好地反映課程教學效果。

4 結論

新的教學模式與教學理念能夠充分調動學生的學習興趣，提升其學習積極性與主動性，不僅能夠促進學生掌握理論知識，而且有利于培養其綜合實踐能力、創新思維、工程意識以及持續學習能力。總之，課程改革在理論教學與實踐教學兩方面均取得良好的教學效果。