电子电路平台课程的教学改革研究

黄丽亚，杨恒新，张业荣

（南京邮电大学 电子科学与工程学院，江苏 南京 210003）

在高等院校电子信息专业的整个教学环节中，“电路分析基础”、“模拟电子技术”和“数字电路与逻辑设计”作为重要的学科基础课，在人才培养和学生的知识构架中占有非常重要的地位［1］。

本文针对这三门课程，研究了培养学生创新能力的课程体系、教学内容和教学方法。课程是否适应当前学科发展水平和技术应用状况是其教学改革研究的主要方向［2－4］。

1 教学体系改革

当前，大部分高等院校针对三门平台课程实施的课程顺序是：第三学期开设“电路分析基础”，第四学期开设“模拟电子技术”（简称“模电”）和第五学期开设“数字电路与逻辑设计”（简称“数电”）。随着基于数字电子技术的大量课程涌现，如嵌入式系统、DSP、IC设计和FPGA，“数电”已成为许多后续课程必不可少的选修课。由于该课程在第四、五学期开设导致余下的时间难于应付上述后续课程，而这些课程在当前电子信息技术中占据着越来越重要的地位。因此，部分院校将“数电”课程前移，采取了与“模电”在同一学期开设，甚至超前“模电”开设的方案。这样，虽然为后续课程提供了足够的时间，但在实验实践教学中却带来了另一些问题：由于“数电”的部分知识必须以“模电”为基础，如逻辑门电路、半导体存储器和脉冲信号发生电路等，因此基于此方案的教学内容需要进行较大幅度的调整。同时，学生进行“数电”硬件实验时由于没有模拟器件的概念，往往对驱动和接口等概念难以理解。经过多年的教学实践，我院提出了一种新的体系结构如表1所示，可以较好地解决上述问题。

表1 电类平台课程教学体系改革方案

新的课程体系既能保证合理的授课顺序、同时电类平台课程的及早开设，以及限选课的设置又有利于学生尽早地进入大学生课外科技活动，参与各项开放性实验以及大学生电子设计竞赛。新的课程体系中将“电路分析基础”提前到一年级下学期，需要将“高等数学”和“复变函数”的教学内容进行调整，以适应“电路分析基础”的教学。原来的“模电”在新的方案中分成两部分完成，第一部分“模电I”在一年级下学期开设，教学内容主要是各种模拟器件，包括二极管、三极管和场效应管的特性和电路，之所以在后8周开设，是为了保证学生具备了与“模电”相关的电路分析基础知识，有利于学生的理解和接受。二年级上学期完成“模电II”的教学内容，同时由于学生已经具备了模拟器件的知识，完全有能力进入“数电”的学习，因此新的教学体系结构将“数电”提前到二年级上学期开设，便于后续课程的尽早开设。

2 教学内容优化

我院针对“数字电路与逻辑设计”课程进行了教学内容的改革。删除课程内容中繁、难和旧的内容，补充新的设计方法和设计理念。改革后的“数电”课程仍然采用64学时，基本内容和学时分配如下：数制与码制3学时，逻辑代数基础5学时，逻辑门电路2学时，组合逻辑电路7学时，触发器3学时，时序逻辑电路14学时，D／A和A／D转换3学时，半导体存储器和可编程逻辑器件4学时，VHDL语言10学时，数字系统设计基础12学时。可见与传统的教学内容相比，增加了如下两部分。

1）自顶向下的数字系统设计基础

传统电子电路教学基本上是面向简单、分立电路以及简单系统的。对系统设计更多的是一种经验型设计，先考虑采用何种器件，然后设计外围电路。而对于大规模电子系统的设计更多是一种自顶向下的设计理念，从抽象到具体的设计过程，与传统的设计完全不同。数字系统设计基础讲述了数字系统概述、寄存器存器传输语言、ASM图和数字系统设计举例，让学生掌握一种全新的设计理念。

2）VHDL语言、EDA工具进行复杂系统设计

在当前的数字技术中，EDA技术、VHDL以及Verilog等高级语言不断完善，不同系统间兼容性不断增强。因此，我们增加了10个学时的VHDL语言部分，介绍硬件描述语言的语法和特点，并将学习过的组合电路、触发器和时序逻辑电路用VHDL语言进行描述实现，同时向学生介绍多种形式的仿真及时序设计、集成电路的自动测试、高速印刷电路板设计和多种工作平台。

当然，由于课程数量和内容越来越多，我们应如何在有限的学时里，将基础核心的内容传授给学生是必须面对并设法解决的问题。针对“数电”的教学改革，我们采取了以下的措施。

（1）对繁、旧的教学内容进行了适当删除

删减内容包括：或与式的表达式、五变量卡诺图、部分中规模组合电路的级联扩展（包括：编码器、译码器和数据选择器）、译码器实现组合逻辑、主从触发器和电容法消除冒险现象、触发器的逻辑功能转换和计数器的级联扩展等。

（2）对传统教学中特别强调内容进行弱化

如公式法或卡诺图法化简逻辑表达式在传统教学中占据重要的地位，但到目前为止，逻辑表达式的化简已全部由EDA软件自动完成，学生只要掌握化简原理即可。改革后的“数电”课程对逻辑化简的技巧不再占用过多学时，考试也予以删减。

（3）对课程基础理论知识需加深和拓宽

如“数制与码制”和“逻辑代数基础”等基础内容，以及“数字系统设计”的预备知识（如时序逻辑电路中状态机的设计）要强化。

3 课堂教学方法、教学手段改革

作为实施创新教育的主渠道的课堂教学，我们注重以下两点原则。

1）主体性原则

为了贯彻这一原则，一是要让学生成为课堂教学的主人，二是让课堂教学焕发出生命的活力。在教学中设置疑点，鼓励学生在课堂中提出问题，共同讨论。对某些章节提出要点与问题，作为自学内容，引导学生自学，进行独立思考；并在后续课程中围绕这些问题、知识点展开课堂讨论。

2）开放式原则

为了达到课堂开放性原则，我们要求课堂教学在传授解题思路时，教师要从多个角度，多种方法提供解题思路，不限定唯一答案；同时教师提出设计课题任务时，不限定学生使用何种器件，不规定设计方法，鼓励学生大胆思维。设计出来的电路即便方法繁琐，或有些缺陷，但只要能够实现功能就要给予鼓励。通过这样的教学，学生的思路从原来只有一个正确答案的束缚思维，转向多种模式的发散思维；同时我们要求教师对学生提出的各种方案进行总结、分类、消化和吸收，通过多年的积累和学习，教师的思维也在潜移默化中得到了扩展。

4 结语

本文研究了基于电子信息类专业的三门学科基础课—“电路分析基础”、“模拟电子技术”和“数字电路与逻辑设计”的教学改革，旨在提高教学质量，培养学生的创新能力。我们针对目前教学体系结构存在的问题，提出了一种新的体系结构；在教学内容方面，主要讨论了教学内容的优化和调整，保证在有限的学时里，既增加适应学科发展的知识，又能将基础核心的内容传授给学生；在教学方法及手段方面，研究了具有主体性、开放性原则的课堂教学。这些改革方案和措施在我院部分实施。

［1］俎云霄，王卫东等.基于课程群的电子信息类专业基础课教学改革［J］.北京：现代教育技术，2010，20（13）：34－36

［2］丁文霞，易凡.浅谈高等院校电类专业引入EDA技术［J］.长沙：高等教育研究学报2001，24（2）：49－50

［3］庄丽君，刘少雪.美国研究型大学本科教育改革现状及其个案研究［J］.北京：清华大学教育研究，2008，（2）：43－48

［4］李成刚.工科课程改革计划与课程评估的范例－－美国Drexel大学个案研究［J］.武汉：高等工程教育研究，2006，（1）：80－82