基于OBE教育理念的项目化教学模式--以数字电子技术课程为例.pdf

199造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题文章编号：2096-3092（2024）01-0199-03*基金项目：四川省民办教育协会 2023 年研究课题“基于 OBE 教育理念的数字电子技术教学模式的改革 以机电工程专业为例”（MBXH23YB179）作者简介：王娟，女，硕士，副教授，研究方向为电气自动化。基于 OBE 教育理念的项目化教学模式 以数字电子技术课程为例*王 娟四川工业科技学院，四川 德阳 618500摘要：目前，传统教学模式无法再满足数字电子技术课程的教学需求，因此，文章基于 OBE 教育理念，以成果为目标导向，以学生为本，对数字电子技术课程进行教学改革，探索了基于 OBE 教育理念的项目化教学模式，并应用于数字电子技术课程，使学生在学中用、用中学，培养学生学习运用相关知识解决实际问题的综合能力，同时增强学生的创新意识和创新精神。关键词：数字电子技术；OBE 教育理念；项目化教学分类号：TN79；G642数字电子技术是电气电子类专业的专业基础主干课程，是一门重要的专业技术基础课。数字电子技术与模拟电子技术两门课程相结合，为学生理解现代电路结构、电子电路硬件打下了良好的基础。通过该课程的学习，使学生熟练地掌握数字电路的相关基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有解决数字逻辑问题的能力，同时为以后专业课程的学习和从事数字电子技术领域的工作打下坚实的理论基础1。1 数字电子技术课程的传统教学模式在传统的教学模式中，学习的先后次序是按照教材的内容安排由浅入深，先针对基础知识进行学习，再将知识进一步深化，最后对知识进行相应的运用。在知识学习过程中，学生的自主性与参与感不强，学生缺乏对知识的探索与思考。在传统的教学模式中，未能充分考虑学生发展的需求，未能有效激发学生的个性和创造性。这种模式过于注重知识的传授，而忽略了对学生创新精神和创造能力的培养，这在一定程度上限制了学生的全面发展2。2 基于 OBE 教育理念的项目化教学模式成果导向教育（OBE）是一种以成果为目标导向，以学生为本，采用逆向思维的方式建设课程体系的理念。在教学过程中基于 OBE 教育理念，同时结合数字电子技术教学情况，将数字电子技术这门课程的教学内容进行重整，把需要掌握的知识模块改为由若干项目组成，以项目化形式进行教学。项目化教学就是以项目为主线，以培养学生的实际操作能力为主体，让学生掌握必要的理论知识的教、学、做一体化的教学模式。在教学执行环节，首先明确要求学生完成的知识模块项目，并以此为基础，将其分解为若干具体任务。学生在完成任务的过程中需自行探索所需的基础知识，以实现由浅入深的学习过程。在引导学生完成项目任务时，教师应注重培养学生的独立思考能力，不需详述操作步骤，而是强调任务的核心目标，鼓励学生自主思考解决方案3。教学项目从简单的楼道开关的设计、投票器的设计、抢答器的设计到复杂的多路开关照明电路的设计、密码锁电路的设计、加法器电路的设计、循环彩灯电路的设计等，重点放在应用性项目的研究，通过实例不断拓宽和增强学生的思路和工作能力。整个教学内容由易到难，由简单到丰富，由功能电路到小系统的设计制作，使学生掌握数字电子技术课程中的基本技术和实践能力，整个过程充分发挥学生的自主学习能力，增强学生的创新意识和创新精神，并使学生进一步学会灵活运用相关知识提高学生解决问题的能力，也培养了学生独立自主的个性。3 数字电子技术课程应用项目化教学模式的案例在数字电子技术课程教学中，项目化教学模式将200 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料项目整体化、知识碎片化，具体实例如下。3.1 项目目标及任务项目目标的确定主要根据该部分教学内容和知识掌握要点，以及知识的难易程度来确定。该项目案例的项目目标是理解集成计数器和集成移位寄存器的逻辑功能及其模块的应用，要求学生掌握时序逻辑电路的分析和设计方法，熟悉常用时序逻辑器件的功能和用法，以确保能正确分析集成计数器和集成移位寄存器的逻辑功能4。根据项目目标，教师提出项目任务：设计一个控制 8 个 LED 发光管顺时针旋转发光和逆时针旋转发光的循环彩灯逻辑电路。具体要求如下：每个 LED 发光管发光 0.5 s，熄灭 0.5 s；顺时针旋转一圈后，再逆时针旋转一圈，不断循环。3.2 项目分析学生要对项目任务进行理解与分析，在此基础上对项目进行分解，即要明确完成该项目任务需要哪些知识点。这一过程由学生自主通过查阅资料完成，教师在学生确定的知识点基础上进行补充。根据该项目任务分析，对该任务进行分解如下。为了实现循环彩灯，即流水灯的控制，学生要理解流水灯工作的方式，即如何使流水灯发光或熄灭，进而实现闪烁工作方式。学生在分析任务过程中得出8 个 LED 以流水灯方式工作实际是 LED 获得的高低电平信号在不断循环变化的思考结果，从而得出思路，设计一个流水灯逻辑电路需要计数器、寄存器、门电路、电阻、LED 等；LED 发光 0.5 s，熄灭 0.5 s，由高低电平作用在 LED 上的时间长度决定，这可以通过调节电路的脉冲信号的频率实现5。学生将知识点整理出来，教师对该知识点重新进行梳理与讲解，主要对计数器和寄存器进行讲解，再了解学生对各知识点的掌握情况，查缺补漏，对重难点再次进行强调。3.3 项目实施（1）划分局部子功能模块电路。8 个彩灯由 8 个LED 构成，确定输出信号是 8 个。因为流水灯需要循环发光，所以选择双向移位寄存器。实现双向移位的功能芯片可以选择两片 4 位双向移位寄存器 74194。当分别控制左移、右移的输入引脚 MA=0、MB=1 时，实现左移功能，MA=1、MB=0 时实现右移功能。在进行 8 位左移操作时，2 号芯片的输出端 Q0接到1 号芯片的左移串行数据输入端 DSL，1 号芯片的输出端 Q0接到 2 号芯片的左移串行数据输入端 DSL。在进行 8 位右移操作时，2 号芯片的输出端 Q3接到 1 号芯片的右移串行数据输入端 DSR，1 号芯片的输出端 Q3接到 2 号片的右移串行数据输入端 DSR。选择环形移位寄存器可以满足每次仅一个 LED 发光。LED 每隔 1 s发光 0.5 s，因此将寄存器 74194 的时钟信号频率设置为 1 Hz。（2）用一个非门的输入和输出信号控制左移、右移信号 MA和 MB反相，以控制左移、右移功能。环形计数器输出是没有全零状态，需要将芯片 74194 复位端接高电平使其失效，这样处理可以使设计的电路简单化，对芯片 74194 可以采用预置的方法，使电路的输出状态只存在一个 1。将芯片 74194 预置为“00000001”，需要在 MA=MB=1，时钟脉冲的上升沿到来时，将数据预置端的数据预置到芯片 74194 输出端。在非门的输入端增加一个负脉冲预置信号，使某一时间 MA=MB=1。为保证时钟上升沿到时 MA=MB=1，负脉冲信号宽度应大于 1 s，而且只在右移时预置。（3）8 个 LED 每隔 1 s 发光 1 次，且顺时针转 1 圈，需要 8 s，再逆时针转 1 圈，又需要 8 s，共 16 s。故需要在 MA=0、MB=1 时停留 8 s；在 MA=1、MB=0 时再停留 8 s。经分析，前级和后级电路时间保持一致，就需要一个统一的信号控制。用 16 进制计数器分频输出Q3，可以输出高、低电平各 8 s，控制 MA和 MB达到左移、右移的技术指标。由于电路设计要求是流水灯发光 0.5 s，熄灭 0.5 s，可以使用计数器 74161 构成分频器，对时钟脉冲进行 16 分频，以实现流水灯闪烁 0.5 s的工作方式。（4）对所学全部任务的知识进行整理，确定了各个子功能模块的输入输出后，逐级连接各个模块为整体电路，从而设计流水灯电路原理图。通过 Proteus 软件进行硬件仿真分析，循环彩灯电路图如图 1 所示，图中各芯片的输入端接入的“1”“0”分别为数字信号的高电平信号和低电平信号。通过调整脉冲信号的频率，实现 LED 循环闪烁 0.5 s 的工作方式。3.4 项目总结通过该项目的学习，学生不但可以理解集成移位寄存器和集成计数器的逻辑功能，而且在分析理解的过程中学会自己解读芯片使用手册上的内容，学会分析芯片的逻辑功能，理解输入和输出的逻辑关系，并能根据设计要求选择适合的芯片。在理解集成移位寄存器的基础上，进一步认识左移和右移以及环形移位寄存器的工作特点；在理解集成计数器的基础上，进201造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题一步理解变频器的概念，能根据设计需要正确设计时钟脉冲信号的频率。在该项目中，学生不仅掌握了数字电子技术知识，还学会了仿真软件的使用6。在数字电子技术课程传统的教学模式中进行观察分析，将学生学习情况大体分为三类：第一类学生是基础不错，学习有一定的自主性；第二类学生是基础较差，对学习没有兴趣甚至有点厌学；第三类学生是介于第一类和第二类，开始会认真学习，一旦知识有一定的难度且不容易理解和掌握时，就开始放任自流甚至放弃学习。因此，教师在教学过程中就需要提高第三类学生的学习热情，让他们保持学习劲头；针对第二类学生，则需要让他们产生学习的兴趣，让他们体会学习的乐趣。通过教学模式的改革，在项目实施完成的过程中，学生的学习主动性普遍得到提高。在任务实施的过程中，本着“理论教学适度，知识结构合理”的原则，从不同学生的学习能力和学习情况出发，一方面，考虑第二类和第三类学生的学习情况，尽量避开各种逻辑门内部电路的原理分析，以讲解基本知识和常用器件的使用为主，降低难度；另一方面，发挥第一类学生的带动性，让其余学生也加入他们的学习团队，从而提高学生的整体学习兴趣，营造较好的学习氛围。4 结束语项目化教学突破了单一的课堂教学模式，使某一教学课题的理论知识和实践结合在一起，充分发掘学生的创造潜能，在完成项目的过程中，学生有独立进行计划工作的机会，使学生在学中用、用中学，达到了提高学生运用相关知识解决实际问题的综合能力的目的。参考文献1 吴清,陶森,徐子宜,等.基于数字孪生的机电课程综合实验平台设计J.实验室研究与探索,2023,42(3):140-145.2 陈烨,袁小平.基于“数字电子技术”课程中基本器件的创新实验设计J.实验技术与管理,2020,37(8):216-218,232.3 陈潇丽.基于微课的中职课程设计D.天津:天津职业技术师范大学,2020.4 李容容.高职电子技术基础课程教学设计与实施J.造纸装备及材料,2023,52(4):249-251.5 张洋.高职院校模拟电子技术课程改革探索:以福建信息职业技术学院为例J.职业技术教育,2020,41(5):27-30.6 陈芳芳.基于雨课堂的数字电子技术课程混合式教学研究与实践D.贵阳:贵州师范大学,2019.U1计数器 74161；U2、U3环形移位寄存器 74194；R1 R8限流电阻；D1 D8发光二极管。图 1 循环彩灯电路图