專業認證背景下數字電子技術實驗教學改革探索

王先龍 藍必鐵 韋雪嬌 鄭瑤 張金城

摘要 專業認證背景下，實驗教學過程應以學生為中心，教師引導為輔。數字電子技術實驗教學改革，首先引入了項目驅動教學方法，以項目驅動為抓手，引導學生主動思考；其次要求學生在實驗課程中使用Multisim軟件自主設計并調試電路，完成實驗項目；最后結合過程考核對學生進行過程評價。本課題的實踐結果表明，這種實踐教學形式激發了學生的學習熱情，提升了學生的綜合應用能力及創新能力。

關鍵詞 數字電子技術實驗；項目驅動；教學改革；Multisim仿真

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.024

近年來全國高校工程類專業陸續開展工程教育專業認證，這是對高校現有工程類專業的一種專業評價，以評促建，以建促改，各高校通過專業認證的方式來保證專業人才的培養質量。專業通過認證表明專業人才培養質量實現了國際實質等效，意味著該專業畢業生達到各工程教育專業認證國家行業認可的質量標準。專業認證要求在人才培養的全過程體現“學生中心、產出導向、持續改進”的基本理念[1]。作為實現專業培養目標的載體，課程體系根據工程教育專業認證標準與要求進行優化是其中至關重要的環節[2-3]。

專業認證背景下，數字電子技術實驗課程是否實現教育目標圍繞學生進行，教學設計聚焦學生的能力培養這一目標，是每一位任課老師需要思考的問題。相較于其他課程，數字電子技術實驗課程不僅具有很強的理論性，而且還具有很強的實踐性和應用性[4]。該課程對應的實驗教學內容主要包括組合邏輯電路、觸發器、時序電路測試、集成計數器及寄存器、譯碼器和數據選擇器等組成。一個合理的教學設計和教學實驗項目，能夠促進學生實現理論知識和實驗項目相互印證這一過程的完成，從而加深對理論知識的理解和把握，并轉化為內在的認知。

1課程教學現狀

數字電子技術飛速發展，使得“數字電子技術”課程內容得到了擴展，需要教師對數字電子技術前沿進行研究并介紹，這無疑對本就緊張的學時安排提出了更高要求。在課時相對固定的條件下，教師決定著教學內容和教學進度，大多老師在教學方法的選擇上仍然采用傳統的“老師教，學生學”的教學模式，課堂的主體仍然是教師，學生習慣跟隨老師學習[5]。在教學過程中師生互動較少，不利于激發學生的學習熱情。學生是被動接受者，對自身未來無明確規劃，在課程學習過程中也無明確目標，不會有意識地培養自己的專業技術能力和創新能力。

同時，大部分高校數字電子技術課程實驗項目受限于實驗儀器設備及實驗條件場地等因素，實驗項目設置多為簡單基礎的驗證性實驗，缺少設計性綜合性的實驗。大部分學生課前沒有預習實驗內容，在實驗過程中簡單參照電路圖完成接線，驗證實驗現象即完成實驗。學生缺少主動思考的意識，只是簡單的為了實驗而實驗，即使在實驗過程中遇到了問題，大多數學生還是不能用所學的理論知識解釋實驗，解決實驗問題。其次，在學生實驗過程中，教師缺少對學生實驗全過程進行有效的監督檢查，缺少過程考核。這種實驗教學模式對學生工程實踐和創新能力的培養作用較弱，達不到專業認證的要求。所以，數字電子技術實驗課程教學改革勢在必行。

2改革策略

2.1以學生為主體

數字電子技術課程的應用性和實踐性很強，其知識點在學習過程中前后是一個緊密相連的完整的知識體系。在學習基礎理論知識的同時強調對理論知識的應用，強調理論聯系工程實際。在實際教學中教師需要激發學生學習的積極性和主動性，進而提高學生學習該課程的興趣。鼓勵學生獨立思考、獨立分析問題及解決問題。在實驗實踐環節中突出對技能的培養，學生逐步學會分析電路，學會電路的設計思路，學會檢查和排除故障的方法[6-7]，學生盡可能地應用所學理論知識解釋實驗現象，能夠逐步學會設計調試電路，進而分析和解決復雜問題，真正掌握電路的工作原理。整個教學過程以學生為主體，教師引導學生完成實驗項目。教師在學生遇到問題時給予適當的引導提點，激發學生的學習熱情和創新意識，更好地培養學生的實踐創新能力，達成預期培養目標。

2.2運用項目驅動教學方法

在實驗教學中運用項目驅動教學法[8-9]，以項目驅動為抓手，要求學生在實驗過程中主動思考，不可被動模仿。項目驅動教學法有效應用的前提是需要設計好學生自主探究的實踐環節，好的實踐環節能能促進學生對課堂理論知識的吸收，提高學生學習課程的興趣，培養學生對理論知識的應用能力。項目驅動教學法打破了理論教學和實驗教學的隔閡，將理論教學中的課程重點難點內容以項目的形式呈現，激發學生的學習主動性，學以致用。學生在完成項目的過程中帶著問題積極思考，相互交流，相互學習，在完成一個一個項目的過程中學生獲得學習快樂的同時，其自學能力也得到較大的提升。項目驅動教學法改變了傳統的教學方法，從“老師講”轉移到“學生做”[10]，以學生為主，教師為輔。同時增加軟件仿真的教學內容，大大的激發了學生學習的熱情，充分激發學生的學習的創造性。

2.3引入過程考核

過程性考核就是把學生學習的過程進行量化，并把量化后的指標納入評價體系。數字電子技術實驗課程實行過程考核和期末考試成績相結合的評價辦法，即：數字電子技術實驗課程成績=過程考核（40%）+實驗報告（20%）+期末考試（40%）。數字電子技術實驗課程成績組成介紹如下：

平時考勤占總成績的10%，曠課一次扣1分。各個實驗分成若干個小項目，對實驗過程中完成的每個小項現場答辯驗收，完成驗收獲相應分。過程考核占總成績的30%。實驗報告依據完成質量給分，該部分占總成績的20%。期末考試采用閉卷考試，該部分占總成績的40%。考試內容包括：實驗操作、實驗數據處理、實驗答辯及主觀題。

2.4對教學內容進行改革

將Multisim引入實驗教學環節。Multisim仿真軟件在實際工程應用中備受青睞，具有形象直觀的特點。Multisim仿真軟件的引入，激發了學生學習的熱情，有助于學生對抽象知識的理解，擴展了學生學習的內容，提升了學生對知識的綜合應用能力及創新能力。

3案例實施

使用Multisim軟件，以設計4位異步二進制加法計數器為例，對教學實驗項目進行仿真。

3.1設計思路

根據時序測試實驗要求設計4位異步二進制加法計數器。根據實驗設計要求，4位異步二進制加法計數器共有16種計數狀態。4位異步二進制加法計數器狀態表如表1所示。

通過表1對4位異步二進制加法計數器狀態表的分析，學生可以清晰地知道計數器的各種計數狀態，T'觸發器的特性方程及驅動方程和時鐘方程的分析可為后續的電路設計學習做好鋪墊。

3.2教學應用

4位異步二進制加法計數器電路如圖1所示，通過分析電路時序我們發現異步計數器各個觸發器的時鐘不是來自同一個時鐘源，狀態變化時，有的觸發器與時鐘同步，有的則滯后一些。設定各觸發器的初始狀態，在清零端加負脈沖，計數前使得Q4Q3Q2Q1=0000狀態，計數過程中清零端加正脈沖。

圖1仿真電路接線圖中使用邏輯分析儀對仿真工作波形進行觀察，邏輯分析儀輸出波形如圖2所示，通過仿真測試波形圖，我們能形象直觀的看到各點時時對應的波形。結果顯示圖1電路實現了4位異步二進制加法計數器設計要求。當第一個時鐘脈沖CP下降沿到來時，U1A觸發器由初態0狀態翻轉為1狀態，此時計數器狀態為Q4Q3Q2Q1=0001狀態。U2A只有在Q1由1→0時翻轉；U3A只有在Q2Q1=1時翻轉，其余保持；U4A只有在Q3Q2Q1=1時翻轉，其余保持。即前一級的下降沿觸發后一級的翻轉，實現16分頻。

結合Multisim軟件進行數字電子技術實驗仿真教學，可以讓學生在進行實驗箱操作的同時能直觀地觀察個點輸入輸出的波形，加強了學生對實驗課程基礎知識的理解，激發學生主動學習的熱情，有利于接下來引導學生學會設計電路，調試電路。

4教學改革效果

通過數字電子技術實驗課程教學改革實施，上課過程中學生思維變得活躍，學生積極參與課堂教學，積極申請大學生創新創業計劃。近兩年數字電子技術實驗課程成績對比如表2（p77）所示。由表2可知，2021年存在不及格的學生，占比4%，在2022年數字電子技術實驗課程在實行了課程改革后，沒有不及格的學生；60―70分數段的學生由2021年的占比57%下降到2022年的17.5%，說明學生對數字電子技術實驗基礎知識的掌握大幅提高；70―80分數段的學生由2021年的占比32.5%提升到2022年的55%，中等層次的學生占比提升幅度最大；80―90分數段的學生由2021年的占比6.5%提升到2022年的19.5%，良等層次的學生占比提升13%；90分以上的學生實現了零的突破，一共4人，優秀率為8%。通過教學改革實踐，教學效果明顯。

5結語

在專業認證背景下，文章對梧州學院電信類“數字電子技術實驗”的教學現狀進行了分析，提出了實驗教學過程應以學生為中心，教師引導為輔。在數字電子技術實驗教學改革中建立了有效的項目驅動機制，引導學生主動學習，相互學習，在完成項目過程中獲得學習的快樂。為了拓展教學方法，在實驗教學過程中使用了Multisim仿真軟件，引導學生學會設計調試電路，著重培養學生設計能力和仿真能力。在實驗課程總評時加入了過程考核部分。教學改革探索結果表明，學生的學習熱情及學習主動性得到了很大的提高。數字電子技術實驗教學改革有效促成了人才培養目標達成，推動了專業人才培養質量的不斷提升。

*通訊作者：藍必鐵

基金項目：教育部第二批新工科研究與實踐項目（EDZYQ20201426）；梧州學院教育教學改革工程立項項目（WYJG2022A029）。

參考文獻

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