“数字电路与逻辑设计”课程改革研究_张商州.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2021-11-04;修回日期:2022-05-11基金项目:陕西省教育科学“十四五”规划 2022 年度课题(SGH22Y1470);商洛学院教育教学改革研究项目(21jyjx107)第一作者:张商州(1989)，男，硕士，讲师，主要从事电气电子类专业的教学和科研工作，E-mail:809096678 qq com“数字电路与逻辑设计”课程改革研究张商州刘爱军刘菘刘萌(商洛学院 电子信息与电气工程学院，商洛 726000)摘要:针对工程教育认证中对电类专业本科毕业生提出的 12 方面要求，结合电气专业“数字电路与逻辑设计”课程授课经验，提出从教学大纲、实践教学、教学方法等几方面进行改革探索，另提出将课程思政、OBE 教学理念等教学理念融入教学过程中，以此来提高课堂授课效果，培养学生创新意识和动手能力，促进学生团队合作意识，让学生毕业 5 年后达到既定的培养目标。关键词:工程教育认证;数字电路与逻辑设计;教学改革中图分类号:TN7文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0080-03esearch on the Course eform of Digital Circuit and Logic DesignZHANG ShangzhouLIU AijunLIU SongLIU Meng(College of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，China)Abstract:In view of the 12 requirements for electrical engineering graduates in engineering education certification，combined withthe teaching experience of Digital Circuit and Logic Design course in electrical major，it is proposed to reform and explore fromthe aspects of teaching syllabus，practical teaching，and teaching methods In addition，it is proposed to integrate new teachingconcepts such as curriculum ideology and OBE teaching concept into the teaching process，so as to improve the effect of class-room teaching，cultivate students innovative awareness and practical ability，and promote students teamwork awareness，so thatstudents can achieve their expected training goals in 5 years after graduationKeywords:engineering education certification;digital circuit and logic design;teaching reform2016 年 6 月，我国正式成为华盛顿协议 成员国，这对我国的高等教育将有着极大的促进作用，说明我国的教育质量标准已与国际水平同步，教育质量已经从跟随者变为领跑者1。工程教育认证以“以人为本”作为评价标准，以“能力导向”作为指导思想，以“工程专业执业”作为目标，主体体现以学生为中心。其中，对于电类专业的毕业生要求主要有工程问题、研究、项目管理等 12 方面的技能、知识和素养2 4。“数字电路与逻辑设计”是面向电气工程等电类专业开设的一门专业基础课，是应用型人才培养的主要课程之一。通过课程学习，一方面使学生对于常用的逻辑器件、逻辑电路有一定的认识，能够根据器件型号查阅、熟悉其功能与典型应用;另一方面增强学生的创新意识，能够自行分析、设计、制作简单电路。随着数字电路技术的不断更新换代，本文以工程教育认证为参考标准和指南，积极探索“数字电路与逻辑设计”更有效的教学方法，提出从教学大纲、教学设计、实践教学、课程考核等几方面进行教学改革，为学生提供更好的教学和实验平台，全方位提高设计人才培养质量。1完善教学大纲根据电子信息与电气工程类专业的补充标准的要求，“数字电路与逻辑设计”为基础知识课程5，在毕业生的能力支撑中所占比重较大。结合商洛学院电气工程专业实际情况，结合工程教育认证，已基本完成该专业 2020 版人才培养方案修订，“数字电路与逻辑设计”课程教学大纲的修订工作从课程、毕业要求、培养目标的对应关系和关联程度角度设计课程目标、教学设计、教学内容，不局限于某一本教材的框架结构。在具体教学内容选择上，搞清楚该课程与先修课程、后续课程的联系，避免知识重复和遗漏。根据课程地位和就业需求，理清各章节重难点6。遵循由易到难、由简到繁、循序渐进的认识规律的同时，适当整合或调整知识点，以便于案例教学顺利实现。为了充分践行以学习成果为导向的思想，从理论知识、实践能力和职业素养三方面出发，根据毕业要求，结合经典教材，进一步来确定课堂教学内容与目标，进而对毕业要求指标点中的工程知识、问题分析、研究、使用现代工具等指标点进行重新调整，以使毕业后的学生能够满足工程教育认证中的要求。2改革教学方法2 1优化课堂教学内容为了更好地适应各种基础的学生，可以将教学内容进行模块化，针对不同的模块采取不同的授课方法。根据“数字电路与逻辑设计”主要教学内容以及对应的课程目标，按照不同的要求和授课方式对授课内容进行模块化处理，表 1 为可参考模块化分类方式7。表 1课程内容的模块化模块名称教学内容 基本概念和理论基础数制、编码、门电路、逻辑代数、逻辑函数化简 组合逻辑电路组合逻辑电路的分析和设计，加法器、数据比较器、数据选择器、译码器、编码器、数据分配器等电路的原理及应用 时序逻辑电路时序逻辑电路的分析和设计，寄存器、计数器等时序逻辑电路 数字电路应用脉冲信号产生与整形，模数和数模转换器“数字电路与逻辑设计”课程应用性很强，在学习过程中可以采用“黑盒子”教学方法8，也就是说对于内部结构、原理等少讲或不讲，将重点放在其逻辑功能、特性与应用上。对于模块基本概念和理论基础，此部分以教师为主导，借助课堂提问、翻转课堂等形式帮助学生记忆。对于模块和模块中基础部分采用黑盒子的研究方法，对芯片或器件的内部结构不做过多的讲解，重点让学生掌握其功能与应用。模块属于扩展性内容，主要培养学生的创新意识和学习能力，可以由教师进行引导、学生探索学习相结合的方式来进行。2 2优化 OBE 教学理念将 OBE(Outcome Based Education，成果导向教育)教法与项目式教法相结合，每个项目内容包括相关基本理论、电路的设计与仿真、电路的接线与调试等，对于每一个项目在实施之前由教师引导学生对项目所要用到的知识点进行归纳、讲解，教师以此来了解学生的学习情况，对讲解过程中出现的问题进行纠正与补充，对于学习成果予以肯定，并根据学生的整体情况进行计分。以三人表决器电路设计为例，首先学生自由分组，课后按照设计步骤9 进行逻辑抽象、真值表、化简、画电路图、Multisim 仿真等来完成电路设计，在课堂上学生通过 PPT 讲解和仿真演示介绍自己的设计思路和仿真结果，由教师进行点评电路设计，并要求学生遵守学术规范，能够理解本专业的相关技术标准。学生通过团队的形式完成了表决器电路的设计，一方面巩固课堂所学理论知识，做到学有所用，提高授课质量;另一方面给学生营造独立思考、自由探索、鼓励创新的学习环境，让学生明白团队合作的意义，对学生各方面能力的提高都有着极大的促进意义。根据以往授课积累，“数字电路与逻辑设计”课程中可供参考使用的项目见表 2 所示。表 2“数字电路与逻辑设计”设计项目举例序号项目名称所属章节难易程度1表决器组合逻辑电路2数字密码锁组合逻辑电路3码制变换器组合逻辑电路4全加法器组合逻辑电路5序列检测器时序逻辑电路6抢答器时序逻辑电路7N 进制计数器时序逻辑电路8数字时钟时序逻辑电路2 3将课程思政融入课程教学“数字电路与逻辑设计”课程主要通过讲授常用电子器件、电路等使学生能够分析常用逻辑电路并具有设计简单电路的能力，并能掌握相关的设计方法和行业标准等，同时通过该课程的学习也可以潜移默化地帮助学生树立正确的人生观、价值观和爱国情怀10。课程教研组通过对每章教学内容进行细化，充分挖掘其中的课程思政元素，形成课程思政案例库。比如在门电路中讲授半导体器件的发展历史以及我国目前集成电路的发展现状，在时序逻辑电路中引入鸿蒙系统的诞生、国产电动汽车的崛起等，以此来鼓励学生通过提高自身专业素质来回报社会，通过润物无声的方式将专业知识与思政元素有效地结合起来，使学生在毕业之后能够更好地适应与服务社会。3改革实验课程为了在实验过程中更能体现以学生为主的理18第 3 期张商州，等:“数字电路与逻辑设计”课程改革研究念，在实验教学中引入项目教学法，缩减验证性实验个数，结合前沿技术、学科竞赛、历年毕业论文选题等凝练一些新的实验项目，同时将 Multisim、Pspice 等 仿 真 软 件 的 应 用 融 入 到 实 验 教 学中11 13。将实验项目重新分为:验证性实验、设计性实验和综合性实验。验证性实验:该类实验主要验证相关器件、芯片的逻辑功能，并能够利用万用表、示波器等工具测量芯片的相关参数。设计性实验:该类实验主要基于仿真软件和电路实验板完成，教师结合教学实际给出实验内容，要求学生独立完成电路设计与测试，教师根据学生电路设计合理性以及测试结果准确性给出成绩。通过此类实验的训练，使学生能够熟练应用相关仿真软件，掌握小型电路的设计方法以及相应行业规范。综合性实验:该类实验要求学生以小组协作的形式任选两个实践项目，结合 NI ELVIS 实验平台，从电路设计、仿真、接线、调试、验证等几方面进行实施，以此来提高学生的电路设计能力、分析能力和动手能力14 15。4创新考核方式“数字电路与逻辑设计”课程传统的考核方式主要以平时作业、实验报告成绩和考试成绩为主，忽略了学生课堂表现、实验过程以及学习过程中相对自身的进步，经过改革之后考核方式变为:期末考试成绩(50%)+实验成绩(30%)+平时成绩(20%)，期末试题以应用综合性试题为主，考查学生知识应用能力，鼓励教考分离;实验成绩分为验证性(10%)+仿真设计性(50%)+综合设计性(40%)，既照顾到一般学生也可以进行成绩的拔尖，能够真实反映学生知识的综合应用能力;平时成绩包括项目设计评分、单元测试分、课后任务完成情况和课内讨论交流积极性等定性分。考核方式改革不仅可以提高学生学习的主动性，更能激发组内和班级内部之间的良性竞争，体现以能力导向的指导思想，进而提升教学质量。5结语结合“数字电路与逻辑设计”课程，结合工程教育毕业要求的十二条通用标准，对标课程内容与毕业要求关联度，通过修订教学大纲、优化和整合教学内容、改革考核方式等，使学生学习兴趣更浓厚，启发学生的创新意识和终身学习意识，使学生明白团队合作的重要意义，通过让学生接受相关工程实践训练了解行业规范和职业道德，进一步使学生在毕业 5 年后能够达到预期的发展目标。参考文献 1 陈涛，邵云飞 理念与现实:我国高等工程教育加入华盛顿协议 后的发展趋向探析 J 高校教育管理，2018，12(1):54 60 2 李文才，彭程，贾新立 基于工程教育专业认证的实践教学体系设计 以电气工程及其自动化专业为例 J 中国现代教育装备，2020(19):31 32，35 3 范秋华 基于工程教育专业认证的“数字电子技术”课程的改革J 电气电子教学学报，2020，42(3):45 48 4 孙立辉，于军 工程教育专业认证背景下电工与电子技术课程教学改革 J 今日财富，2019(21):147 148 5 倪雨，谢刚，赵永先，等 以双创教育贯串工程实践课程的专创融合方法探索 以电气工程及其自动化专业为 例J 绵 阳 师 范 学 院 学 报，2021，40(2):32 37 6 李晓平 基于 OBE 理念的数字电子技术课程教学改革探索 J 河南农业，2020(27):28 29 7 张志毅，杨同忠 基于工程教育核心理念的数字电子技术教学模式研究 J 高教学刊，2020(4):106 109 8 冼进，赖晓铮 基于 Multisim 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