基于工程教育認證的數字電子技術課程教學探索

方 凱，梅 燁，陳志楚

（湖北汽車工業學院電氣與信息工程學院 湖北 十堰 442002）

數字電子技術作為湖北汽車工業學院電氣類專業的一門工程基礎課，它是后續相關課程，如電力電子技術、計算機控制系統等的先修課。學好數字電子技術這門課程，對于夯實學生的專業基礎，激發研究興趣，增強動手實踐能力都具有重要意義，同時也是培養工程應用型人才的重要組成部分。

多年來，數字電子技術教學中存在一些問題，比如內容上概念抽象、電路多變復雜，學生感覺內容乏味、實踐能力培養不夠，以“教”為主的知識傳授方式不能激發學生的自主學習潛力[1]。而且近年來隨著課程學時數的壓縮，學習效果難以得到保證，這些問題都直接影響到教學效果。為了使學生掌握好數字電子技術，培養實踐動手能力，筆者對課程教學進行改革，落實以學生為中心，以產出為導向，持續改進等理念，使課程教學內容、授課方式、教學手段更好地適應工程教育專業認證的培養要求，提高人才培養的質量[2]。

1 教學內容和授課方式的改革

在電氣類專業人才培養中，專業人才培養方案對數字電子技術這門課提出三個畢業要求觀測指標點。課程組針對這三個畢業要求觀測指標點提煉出三個課程目標，分別是：

①應用二進制數制碼制、二進制運算規則等基礎知識完成二、八、十六進制和十進制數碼的轉換和計算；分析門電路、觸發器等器件的基本結構和原理，將邏輯變量、邏輯變量二值狀態體系與實際電氣類系統的高低電平、脈沖有無、開關通斷等建立關聯，將與或非基本邏輯運算與工程控制聯系起來；能運用公式法、卡洛圖法等化簡邏輯表達式；

②應用組合邏輯、時序邏輯的分析和設計方法，分析汽車電器系統中的采樣、顯示、計數和控制等功能模塊，并能運用集成門電路、數據選擇器、譯碼器、觸發器、寄存器、計數器等中規模器件搭建滿足相應需求的電子系統；

③能夠使用信號發生器、示波器、萬用表、面包板等數字電子常用實驗儀器、設備對常用組合邏輯電路、時序邏輯電路的輸入輸出關系進行測試，并根據測試結果分析和驗證其功能。

這三個課程目標具有循序漸進、相輔相成的關系。為了達成這三個課程目標，筆者對課程48 學時數做如下安排：理論教學環節40 學時，實踐環節8 學時，除此之外，課程還安排了過程訓練32 學時，它包括24 學時的課外作業和8 學時的課外項目設計，前者用來對課本教材上的電路模型進行分析和設計，后者用來創新設計數字電子電路，并分析電路的性能，它不僅解決了壓縮課時后學時不足的問題，而且還著重突出了以學生為主體，強調學生自學，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，最終達到從知識到能力，再到素質的全方位培養[3]。

教學中對一些抽象的電路采用案例教學的方式，比如計數器電路，筆者從數字電子鐘的實物開始介紹，闡明數字電子鐘的計時過程，再給出實際的計時器電路，筆者從中歸納出計數器電路模型，再講解電路的結構、分析方法和分析結論。

這次教學方式改革最大之處是課外學習部分，筆者考慮到過程訓練的可操作性和可評價性，希望既注重專業特點，又不占用過多課外時間，給學生造成過大的學習負擔。過程訓練包括三份課外作業和一個課外項目設計，課外作業是對每一章知識點的總結和鞏固，這個過程緊跟課堂教學，旨在讓學生較快地掌握基礎知識，并能形成一種系統模塊化的分析思維。課外項目針對電氣類專業的特點，設計了多個題目，學生可以選擇其中一個，也可以根據科技競賽或大學生創新訓練項目自擬題目，2―3 人一組，推選隊長，制訂計劃，安排分工，團隊通過查閱資料，設計電路圖，完成實物的制作，最后撰寫設計報告和進行項目答辯。教師在課程學習中期發布任務，學期結束時驗收和答辯，學生有半個學期的時間來設計和制作課外作品。課外設計項目的實施，實質上給了學生一次項目式學習的機會，能激發學生自主學習和主動學習[4]。課外實驗項目考核時，強調學生的知識綜合運用能力，教師根據課外項目的設計水平、制作質量、分析完整性、設計結論、實物功能和答辯表現等做整體性的評價。通過2023―2023 學年的實施情況來看，這個環節極大地調動了學生的學習積極性，很多學生已經加入學校的科技競賽團隊，如“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽、中國高校智能機器人創意大賽等，他們在競賽訓練中匯集了大量的數字電子技術問題亟待解決，這個環節中，學生非常積極，在課堂和課后主動找教師討論他們的課題，他們對問題的分析和解決思路超出了筆者的預期，效果顯著。

2 授課方式的改革

在授課方式方面，做到以點帶面，注重引導學生形成知識體系，不是對所有的知識點進行面面俱到的講解，而是對重點知識進行精講，并通過每次課對上次課的知識進行回溯和總結，以及對本課時知識點的提煉和延展，幫助學生梳理知識結構，引導學生形成模塊化的電路分析方法，不斷提高課堂教學的效率。比如在介紹譯碼器電路時，筆者重點講解譯碼器和編碼器的關系，從而分析譯碼過程與編碼過程之間的對應。再比如多諧振蕩器電路，筆者重點介紹多諧振蕩器的概念，以及運用555 定時器搭建多諧振蕩器，讓學生掌握集信號發生器電路的分析方法，形成一個知識鏈，為今后學習電力電子技術和電子技術綜合訓練打下基礎。

授課方式方面，數字電子技術課程傳統的教學方式是教師在PPT和黑板上按推理或演繹思路進行逐步講授，學生一邊聽教師講課，一邊記筆記，一邊思考相應的問題，聽課的效率比較高，缺點是信息量小。而近年來，MOOC、學習通APP等互聯網授課方式不斷出現，線上線下混合式教學的優勢逐漸顯現，圖文聲貌相結合，師生互動相輔助，學生提前預習和自學課程視頻，大大豐富了課堂教學的形式，使教學過程更加生動，課堂上和課堂下學生與教師的互動增多，學生的學習積極性明顯提高。

在實際教學中，筆者根據課程的教學需要，充分發揮多媒體和板書的功能，把多媒體教學手段與傳統教學模式相結合，從實際出發，尋找最佳結合點，在一般知識點介紹、內容闡述、電路應用等方面用多媒體教學；在重要公式推導、習題講解時用板書教學。突出教學重點，解決難點，合理使用多媒體教學手段和傳統教學模式，充分發揮兩種模式各自的優勢，拓寬學生知識面。另外，學生可以在教師的指引下，在課后對薄弱環節和感興趣的章節進行自主再學習，鞏固知識[6]。

3 理實一體化模式

教師將數字電路仿真融入教學，激發學生的學習興趣。本課程中，許多數字電路系統的分析與設計邏輯關系復雜，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，筆者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，將數字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。然后學生根據所學知識進行電路方案設計和參數設計，培養學生分析問題、解決問題的能力，做到理論聯系實際，理論實際相輔相成，實現理實一體化。

4 融入課程思政

4.1 工匠精神

工匠精神是新時代工業發展和經濟建設的內在需要，是當下高校思想建設的重要內容。教師搜集素材融入教學中，引導學生專心學習，專一做事，比如：華為和格力電器等公司數十年如一日，不斷堅守創新，通過自主研發，保持企業的核心科技競爭力，給民族名牌帶來了無窮的生命力。另外，在課程實踐環節中，學生設計和調試電路時，苦于不能得到電路原理圖應有的結果，這時，教師可以通過親身示范調試電路，找出電路的問題，告訴學生工匠精神的重要性，讓學生在實際操作中體驗認真和專注做一件事的意義。

4.2 愛國主義

愛國主義是課程思政內涵的升華。許多電子技術專家在國外學有所成且擁有優越的科研和生活條件，但為了投身于新中國的工業和科技建設事業，他們沖破各種障礙，毅然回到祖國，將畢生所學奉獻給祖國。這樣的案例有很多，教師有目的地去收集并在教學中展現給學生，激發學生的愛國熱情。

4.3“四心”精神

數字電子技術課程有很多實踐環節，通過這些環節能培養學生的理論聯系實際和動手實踐能力，同時，也是鍛煉學生“四心”，即虛心、細心、耐心、恒心的過程，提高學生團隊合作，互幫互助的意識。課程思政元素以“現身說法”的形式出現，比起“講故事”的形式，可以更好地獲得學生“認同感”從而引發“情感共鳴”，做到課程思政育人潤物細無聲。

5 亮點和不足

電氣類專業工程教育專業認證對學生的學習能力和動手能力提出了一定的要求。因此在數字電子技術教學中，教師應該給學生更多思維訓練的機會。在數字電子技術教學中，教師的作用是將知識結構勾畫出來，將重難點講述出來，將知識系統架構起來，培養學生的自學能力和實踐動手能力。重點精講，難點深講，同時利用案例式教學方式激勵學生參與到教學活動中來，積極動手實踐，不僅按時按量完成課內課外實驗，還要和專業學習和科技競賽結合起來。

數字電子技術是一門動手實踐性極強的課程，教師可以把有些難以理解的電路分析過程省略掉，取而代之用具體的實驗數據或者仿真波形來反映電路的特性，讓學生避開枯燥的公式推導，更加輕松地掌握好相關的數字電子技術知識，理解它們的功能和特點，鍛煉實踐動手能力。

不足之處也有很多，首先，課外實驗項目實施的過程中，學生設計制作項目需要開放性實驗室，學校的開放性實驗室數量有限，學生沒有足夠場所完成電子電路的仿真調試。其次，學生充分發揮主動性，根據閱讀文獻，查找資料，設計的很多電路非常考驗教師的知識水平，所以教師也需要加強學習，不斷更新知識結構，跟學生一起解決問題。一些更好的教學方法在今后的工作中還需不斷去探索。

6 總結

總之，在電氣類專業的數字電子技術課程教學過程中，教師根據工程教育專業認證的要求，融合OBE 理念，圍繞應用型人才培養的目標開展教學，使學生打好基礎，拓寬視野，在有限的課時內，鍛煉學生分析問題、解決問題、自主學習和動手實踐等能力。當然，教學中還有不足的地方，如針對當前數字電子技術的發展給教學內容帶來的影響，如何重構教學內容，這還需要筆者今后進一步的探討。