以能力培养为核心的“数字电子技术”教学改革探索

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　　摘 要 数字电子技术作为电类和信息类本科学生的专业核心课，对学生专业技术能力的培养至关重要。文章针对数字电子技术课程教学过程中存在的问题，以培养学生的自主学习能力，分析解决问题能力和创新能力为核心，从教学方式、教学内容、考核方式和网络辅助教学等方面提出一系列改革措施，取得较好的成效。
　　关键词 数字电子技术 能力培养 教学改革
　　中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.06.050
　　Exploration on the Teaching Reform of "Digital Electronic Technology" with Ability Training as the Core
　　LIN Xiaoyuan
　　（College of Electronic Information and Science， Fujian Jiangxia University， Fuzhou， Fujian 350108）
　　Abstract Digital electronic technology， as a core course for undergraduates majoring in electricity and information， is of great importance to the cultivation of students' professional and technical ability. Aiming at the problems existing in the teaching process of digital electronic technology course， this paper puts forward a series of reform measures from the aspects of teaching methods， teaching contents， assessment methods and network-assisted teaching， with the core of cultivating students' autonomous learning ability， analyzing the ability to solve problems and innovating ability， and achieves good results.
　　Keywords digital electronic technology； ability training； teaching reform
　　由于数字系统在生活生产中的广泛应用以及数字信号的传输处理可靠性高，数字电子技术在电子科技发展中占有越来越重要的地位。学好“数字电子技术”这门专业基础课对电类和信息类学生来说，不仅为后续专业课程的学习打下良好的基础，对他们未来的工作也显得尤为重要。而数电这门课程抽象性和实践性较强，课时较少，现有的教学模式偏重理论学习而忽视实践应用，教师单向灌输知识而学生被动接受，学生学习兴趣低且实践应用能力较差。并且随着素质教育的深化，单纯的知识传授已不能满足当代教育的要求，正如古人云“授之以渔不如授之以渔”，高等院校教学过程应该着力培养学生的自主学习能力，分析解决问题能力和实践创新能力。在这种背景下，“数字电子技术”改革势在必行。笔者从教学方式、教学内容、考核方式和网络教学辅助等方面实施数字电子技术教学改革方案，突出知识的应用性，重点培养学生的自主学习能力，创新能力以及思考和分析解决问题的能力。
　　1 教学方式改革
　　第一，教学方法采用引导式教学。传统教学是“填鸭式”教学、“知识本位型”教学，在这种教学方法中教师作为绝对主体单向灌输知识给学生，[1]偏重理论知识的教授，强调知识的记忆而忽视知识的应用，学与用严重脱节，学生学习兴趣不高，师生间缺少互动，教学演变为教师一个人的独角戏。教学，包含教与学，应为教师和老师的双向结合，双向互动。据此，笔者以应用实例为引线采用引导型教学法来讲授《数字电子技术》。这种教学方法注重对学生的分析应用能力、团队合作能力和创新实践能力等能力的培养。[2]通过这种教学方法改变，使学生积极参与到教学活动中，实现以学生为主体，教师为引导的教学模式的改变，使学生在理解理论知识的同时能够应用知识解决实际问题。比如，在讲授组合逻辑电路设计的知识时，可以先给学生一个实际的例子：军民联欢会的入场券分红、黄两色，军人持红票入场，群众持黄票入场，符合要求时，放行通过。设计一个放行与否的判定電路。教师可以先引导学生结合生活实际思考和讨论：按照要求会产生几种入场可能？要实现放行判定需要几个输入和输出变量？它们分别表示什么？凭票入场贴近生活，大家都很熟悉，能够引起学生的兴趣，他们会积极参与，主动思考老师的问题，几个一组积极展开热烈讨论。然后教师分别请每组的代表讲述一下设计思路，让不同思路的同学间相互讨论分析得出正确设计方案，最后教师结合学生的讨论结果对组合电路设计方法做出总结。这种以问题为导向的实例教学贴近生活，激发学生兴趣，让学生作为主体积极参与到解决问题的环节中，一些新颖的思路常常由学生在讨论过程中提出，教师主要起指引和导向作用。这种教学过程由于更符合学生学习过程的心理学规律，[3]既增强了学生的学习热情和求知欲，同时也培养了学生团队协作能力、表达能力、创新能力以及思考和分析解决问题的能力，实例的结合突显了知识的应用性，让学生对知识的理解不再仅停留在理论层面，能够学以致用，课堂活动饱满生动，教学效率大大提高。
　　第二，教学课件的整改。在教学课件制作上，原教材配套的课件多是理论文字和单调原理图，色彩单一，偏于理论化，内容枯燥乏味。此次改革，笔者以教材内容为主体，课件设计减少理论推导，偏重知识的应用，相应知识点添加对应的贴近生活实践的具有一定代表性的应用实例分析，并在每章PPT最后设计一个有一定趣味的思考题，让学生对课堂知识做综合性延伸思考，扩展学生的思维能力。利用动画、声音、视频、图片和文字的有机结合制作出生动活泼，重难点突出，层次分明，内容饱满，视觉感丰富的教学课件。抽象的理论通过多媒体的动态呈现变得形象生动，色彩鲜明，通过视觉、听觉等多感官的刺激吸引学生的注意力，[4]使学生耳闻其声，目睹其行，[5]知识不再枯燥，极大地调动了学生的学习热情。比如讲授移位寄存器的知识，可以利用动画制作，以右移寄存器为例使四个D触发器的输出每单击一次鼠标整体向右移动一位，形象动态的呈现出右移寄存器工作原理。多媒体课件的演示增加了教学的趣味性，节约了课堂板书时间，大大提升了教学进度，缓解了大学课程“学时短，内容多”的问题。同时授课过程多媒体的自定义动画功能可以分步先打出问题，学生思考后再依次打出正确答案，符合学生的思维惯性，对学生的思考能力的培养具有一定积极作用。 　　第三，教学中引入仿真软件。在讲解复杂电路分析的时候，由于电路的结构比较复杂，模块较多，黑板作图版面有限，而且耗时耗力，此时可以借助仿真软件Multisim或者EWB。笔者主要采用的是Multisim，它具有完备的元器件和测试仪器的仿真库，选择相应的器件通过拉动鼠标就可以完成元件绘制并可以自由设定参数值，因此教师可以方便快速地在软件中边讲解电路边画出相应电路，同时通过仿真运行能直观的呈现出电路的逻辑功能（波形图，特性曲线和显示效果等）。比如具有优先级的病房呼叫系统设计，通过仿真软件画图并运行，学生可以从仿真图中的数码管上直观动态地看到不同输入下对应显示的十进制房号变化，这显然比单纯讲授和黑板作静态图更容易在学生的脑海中留下鲜明的记忆，对优先呼叫的工作原理有了深刻的理解。同时笔者鼓励学生课下可以利用Multisim仿真验证自己设计电路的正确性或者利用仿真仪器对电路各部分参数进行测试从何更好地理解复杂电路各部分的工作过程。仿真软件的引入，不仅节约讲授时间，使抽象的知识形象化，增强知识的应用性，还培养了学生实践应用能力。
　　第四，制作微课。本次教改我们加入微课的制作，把教学中重难点的分析讲解过程录制成短视频，每个视频5-8分钟，视频可以是教师讲解的过程，也可以是文字、图片、声音和动画构成的动态图解过程。[6]把主体视频和相关的教学资源（包括对应知识点教案、教师课后教学反思和教学评价等）整合成一个个资源包供师生下载查阅。大学的教学基本是“一遍过”，一个知识点老师不会也没有时间反复强调，有些难点知识在课堂上无法完全消化吸收，利用微课学生就可以根据自己上课的学习情况选择性地查阅相应资源包，这样既方便学生查漏补缺，也弥补了大学课程学时少，内容多，课堂上知识来不及吸收的缺陷。因为微视频时间短，学生可以在零散的空闲时间自主地利用手机和ipad等移动设备实现移动学习，不受时空限制，大大提高了学生的时间利用率和学习兴趣，培养了学生自主学习能力。另外，教师也可以通过相互观摩其他教师的微课资源，取长补短，进一步提升教学水平。
　　2 教学内容改革
　　首先，课程使用教材偏重理论知识，实例较少或过于简单，单纯讲授书本知识，学生难于理解并且课下知识的应用能力很差。基于此，笔者实际授课过程中对教材内容进行扩充，对于一些过于理论化的知识采用通俗的语言加以解释，对重难点以及容易混淆的知识增加一些典型实例，实例贴近生活或者有一定的技巧性，并且难度符合学生的整体水平，这样可以激发学生的兴趣，使抽象的问题形象化，使学生更易理解接受。比如卡诺化简的知识，单纯告知学生哪些组合的卡诺圈容易漏圈圈错都没有把这些易错点设计成几个典型例题让他们自己做一次来的记忆深刻，并且更易理解和应用。其次，梳理教材中的知识脉络，突出重点（比如逻辑电路的分析和设计），注重内容的实用性和启发性，合理分配各章学时，并对教材中某些知识点的顺序进行调整。比如根据学习由浅入深的特点，我们按照基础知识、组合逻辑电路、时序逻辑电路、门电路结构和数字电子技术应用这五个模块的教学内容和顺序进行授课，把教材《数字电子技术基本教程》[7]中第三章的门电路调整到时序电路后面讲授。这是因为门电路的内容和电路分析设计较少相关性，而组合电路和时序电路分析用到大量第二章逻辑代数知识，调整后知识的衔接性更好，学生由于刚学完逻辑代数记忆深刻，学以致用，对电路分析设计知识理解的很快，教学效率提高。最后，目前本校数字电子技术主要在物联网、光电信息工程和电子信息工程三个专业开设，虽然使用的教材都一样，但是根据不同专业的特点，授课内容应各有偏重。比如物联网专业，学生学习数电主要是应用的需求，所以给这个专业学生授课应偏向实例性教学，加大集成电路芯片的应用的授课学时，减少门电路结构和整形电路部分知识，着重培养学生知识的实践应用能力；而对电子信息工程专业，本专业学生需要具备设计电路的能力，因此授课学时应相应增加，并且对电路内部结构原理以及电路的分析设计和应用都需要进行详细分析，着重培养学生利用专业知识解决实际工程问题以及设计实际工程电路的能力。
　　3 考核方式改革
　　针对原考核方案中历年试题重复率高题目简单及平时成绩评定不合理的问题笔者对期末考试及平时成绩评定做出相应改革。首先建立期末考试题库，题目类型多样，灵活度高，要求涵盖大纲要求的所有知识点，各套卷子间重复率小于15%，没有或少量概念题，增加分析综合题题量，重点考查学生知识综合应用技能，这不仅考验教师的教学水平，也要求学生要有扎实的理论知识和应用能力，这样就避免了考前抱佛脚也能考高分的现象。其次，对于平时成绩评定规定缺勤超过全课程的四分之一则次年重修，对于在课堂上表现积极，预习充分，具有创新观点，提出新颖解题思路或者参加电子竞赛获奖的学生给予一定加分，对于消极听课提问总是说不会的同学给予一定的扣分，这种有奖有罚的激励机制不仅能激发学生学习热情，积极参与到教学活动中与教师互动，使课堂气氛活跃，还能培养他们思考问题和分析问题能力、知识应用能力和创新实践能力。另外，对每届的期末试卷进行详细分析，结合学生的考试情况对来年的教学做出相应调整，以期更好的教学效果。
　　4 网络教学辅助
　　在课堂教学外我们充分利用网络技术，建立一个数字电子技术学习网站和QQ或者微信交流群，在线上为学生提供一个可以自主学习和测试并且能与教师互动的平台。学习网站包含数电资料库（比如数字电子技术最新的发展，典型的应用，常用的芯片介紹，相关技术和相关新闻等资源）、学习方法指导、习题库、在线提问、在线答疑和在线测验等功能。比如首届数字中国峰会恰逢在福州召开，教师可以把相关信息放到网站，让班委组织大家前去观展，了解当代中国最前沿的数字技术应用，把数字峰会中各种新型的数字产品信息放到网上供学生查阅，以此开拓他们的视野和知识面。同时，建立一个学习交流QQ群，教师可以把电子教案、授课计划和进度安排上传，让学生明确每节课的重难点和下节课的内容， 以便更高效的做好预习和复习工作。学生有问题可以在群里讨论，教师可以及时解答，了解学生学习情况，并根据学生反映的问题及时对教学侧重点做出相应修改。利用这些辅助教学手段，不仅可以拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣，还可以培养学生自主学习能力，培养他们跟踪电子技术最新发展动态与更新技术知识的习惯和能力。
　　通过上述一系列措施的教学改革，数电课程目标更加明确，教学内容生动丰富，学生的学习热情大大提高，同时学生的自主学习能力、独立思考能力、分析及解决问题能力以及创新实践能力及都得到进一步提高。当代科技的发展带动着电子技术的高速发展，技术知识不断的推陈出新，这就要求我们数字电子技术课程也要与时俱进，不断更新技术知识，不断进行教学探索，及时调整教学方法，使数字电子技术课程教学更加完善化，更加科学和合理。
　　基金：校青年科研人才培育基金项目（JXZ2017006）；
　　基金项目：福建省教育厅科技项目（JAT170632）
　　参考文献
　　[1] 花奇芹，陆娟，戴跃侬.专业层面研究性教学改革的基本原则及其要点[J].中国大学教学，2017（2）：43-46.
　　[2] 毛硕.“数字电子技术”课程教学改革的实践[J].建筑工程技术与设计，2017.8：4359.
　　[3] 郭玉华，庞学民，岳彩青.“数字电子技术基础”理论实践一体化教学改革初探[J].中国电力教育，2012（14）：69-70.
　　[4] 陈栋梁.数字电子技术教学方法探讨和教学内容改革[J].时代教育，2015.5：107-108.
　　[5] 范文军，胡健.“数字电子技术”教学改革探索[J].教育与职业，2017.5（15）：140-141.
　　[6] 张晓玲，苏雪，宋小勇等.专业认证背景下的“原子核物理”课堂教学改革[J].中国电力教育，2018（08）：77-78.
　　[7] 阎石.数字电子技术基本教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
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