“数字电子技术”课程研究性教学

卢文娟， 孙 晧， 龚卫民， 崔保春

(山东科技大学 电气与自动化工程学院， 山东 青岛 266590)

“数字电子技术”课程研究性教学

卢文娟， 孙 晧， 龚卫民， 崔保春

(山东科技大学 电气与自动化工程学院， 山东 青岛 266590)

本文在“数字电子技术”课程教学中，引入研究性教学理念和方法，采用课内外结合专题研讨的教学形式，引导学生开展研究性学习，将知识传授、思维训练和研究能力的培养有机结合，激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力和实践能力，为将来能够独立从事科学研究和技术研发打下坚实的基础。

研究性教学；数字电子技术；创新能力

0 引言

为进一步落实教育部《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》精神，推进“名校工程”建设，我校正大力开展本科教学工程，积极探索教育教学改革，以加强对学生自主学习能力和实践创造能力的培养[1]。笔者结合所授“数字电子技术”课程，对研究性教学模式进行了初步探讨。

1 教学现状

“数字电子技术”作为电气信息类专业的一门重要的技术基础课，具有知识点多、逻辑性与实践性强等特点。该课程的学习，旨在让学生掌握数字逻辑电路的基本知识，学会(电子)电路的分析和设计方法，并能应用其理论和技术解决一定的实际问题。

以往的教学方式多以灌输式为主，学生处于被动接受的地位，学生的学习积极性难以调动，相对抑制了学生的思维活力和求知兴趣[1]。学生对课程知识的理解往往概念化，在电路分析与设计方法的掌握上也仅局限于理论层面，很少考虑电子技术实际应用层面的问题。结果是授课学时用了不少，学生却仍然抓不住单元电路的关键特性和应用要点，课程所要求的工程观、系统观的培养更是基本缺失。

美国缅因州贝瑟尔国家培训实验室开展了对“学生在每种方法指导下，学习一个材料，24小时后检测其平均保持率”为内容的科学研究，研究结果见表1[2,3]。

表1 24小时平均保持率

通过表1可以看出，前4种方法都属于教师主导下的被动教学方法，学习结果的保持率(效益值)均小；而后3种方法都属于学生主动参与的学习方法，学习效益值都高。从教学实践的结果来看，也证明了这个结论。以传递知识为主的课堂教学在一定程度上限制了学生天赋、能力和智力的发挥。而以“问题导学”的教学即以问题为主线的学习，学生的天性被保护、潜能被挖掘、智力被开发、兴趣被激发，既能学会自主、合作、探究的学习方法，也能培养发现问题、分析问题和解决问题的能力，还能促进个性化发展。因此，我们需要将教学的内涵由“传递知识为主”转向“问题导学为主”的方式。

2 研究性教学模式及开展

研究性教学模式以培养学生的认知能力和创新能力为主要特征，提倡“学生为主导、问题为导向”的教学理念。教师以课程内容和学生的学识积累为基础，在教学过程中优化课程结构，将学习、研究、实践有机结合起来，使学生在主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，自主地发现问题、研究问题和解决问题，体现始于问题、基于发现、凸显创造性特色的一种教学模式[4]。

研究性教学模式立足于教材，具有明确的研究目标、精心设计的课堂活动，以教材中蕴含的科学方法和科学思想为核心，注重学生在知识获取过程中的主动探索能力和情感体验，要求学生根据个人实际能力制定研究计划，相互配合，共同完成研究过程，进而培养学生间的科研协作精神与能力。

我校围绕“数字电子技术”理论教学与实验教学，引入研究性教学理念和方法，通过“课上安排课题——课下研究解决问题——提交研究报告并宣讲——考核评价”的专题研究的教学形式，致力开展基于问题(研究专题)的教学内容的研究设计。

在具体的教学实践中，该课程研究性教学模式实施大致分为教学内容调整、研究专题确定、研究性学习开展、研究专题验收与评价等几个阶段：

(1)根据我校专业培养计划和教学大纲要求，对选用的闫石教授编写的《数字电子技术(第五版)》教材进行深层次解读，充分备课，精心设计课堂活动[5]。结合教材中的重点和难点内容，收集大量的资料，分层次地设置具有启发性、思辨性、趣味性及与现代电子技术应用密切相关的专题项目，以此充分激发学生的求知欲望，调动学生的学习主动性。在2014年我校新修订的课程教学大纲中便引入研究性教学理念，并结合电子技术的典型应用，将教材中某些重点知识转化为一定难度的研究专题(共5项见表2)写入教学大纲中，授课教师可根据学生实际情况对研究专题进行调整。配合不同的研究专题，教师需提供相应的专题指导书，其内容包含题目简介、技术指标、考核方式等方面。

表2 “数字电子技术”研究专题列表

(2)课堂上布置研究专题任务，由学生课后以小组为单位组织完成，每3～4人为一组。针对专题的内容与要求，教师指导学生搜集与题目相关资料，引导学生自主探寻问题的解决方案与技巧。利用电工电子中心实验室的开放资源，在专题完成过程中，理论与实践结合，将学生的学习过程从“被动接受”转变为“主动研究”，激发学生不懈探索的激情与动力，真正做到学以致用。

(3)按照不同的专题内容制定不同的考核评价标准。每组需提交一份研究性学习报告，指导教师组织小组宣讲答辩，逐一给出成绩。在评价过程中，师生共为评价主体，对学生知识、能力等方面进行综合评价，注意将学生个体的成果给予肯定以增强学生的自信心。

例如，在教材第四章“组合逻辑电路”主要内容学习完后，提出表1序号2的一项研究专题“多位BCD-B数值转换方法研究及其实现”。采用BCD码和B码形式均可表征多位十进制数的数值，两种代码间的转换在数字电路设计方面应用较为广泛。本专题要求学生利用组合逻辑电路的设计思路与方法，研究十进制数(小于1000)与二进制数间的正向转换算法，并设计可以实现相应算法的硬件电路。

针对该专题的学习，学生首先需要了解BCD码与B码的构成方法，再结合组合逻辑电路的设计思路及步骤寻求转换算法，最后利用所学过的中规模组合逻辑器件来完成硬件电路的设计。方案确定后，学生通过查阅资料选定所需器件，绘制电路原理图，再通过Multisim等仿真软件进行验证，有能力的学生可以到实验室去搭建硬件电路进行调试。

考核标准满分为100分，分为基础与提高两部分。基础部分包含电路设计与仿真、专题报告及答辩，占85%，要求学生必须完成；提高部分包含硬件电路的搭建与调试，占15%，为选做部分。专题完成后，指导教师会根据电路性能指标的完成程度、自主创新、专题报告及答辩等几个方面给出考核成绩。经过几届学生的学习情况分析，基础部分都能完成，提高部分也有60%-70%的学生能够完成。通过研究专题的学习研究、方案论证、系统设计、仿真调试、设计总结等环节，让学生对电子系统设计的一般过程有初步的了解，培养学生自主学习的能力。

3 结语

我校先后在2013-2015学年两个学期在自动化、电气及其自动化两个专业共10个班中开展了“数字电子技术”课程研究性教学模式改革，取得了一定的教学效果，并得到学生们的一致肯定。

1)教学方法的改变

研究专题是配合教材的重点内容设置的，授课教师对课程教学计划进行了调整，精简理论授课内容。通过教师课内的引导，学生们课后能够根据研究专题的任务要求，去图书馆或通过网络查阅资料来完成。同样的专题，不同组别会找到不同的解决思路。在组织答辩的过程中，同学们相互交流心得，了解自己设计的优缺点，取长补短。研究型教学方法的开展，将学习主体转换为学生，充分调动了学生的学习积极性，培养动手能力和创新能力。

2)研究专题的设置

研究专题的设置十分重要，需要精心选择。例如：在第四章设置B-BCD码转换的研究专题，学生既可以充分理解B与BCD码的构成规则及转换原理，又可以通过完成过程充分掌握组合逻辑电路的设计方法及步骤。该转换方法的实现具有多样性及多层次性，学生在学习完课程后，配合后续的电子技术课程设计或研究型创新实验，可以找到更多实现方案，如利用时序电路、存储器电路等来实现，加深了学生们对课程的理解。

3)实验情况的改善

本校的“数字电子技术”课程实验为独立设课，配合研究型教学方式的改革，课题组教师们对实验内容进行了优化，减少了验证性实验，将研究专题以设计性、综合性实验的方式融入到实践教学中。课题组选择自动化两个班为试点班级，尝试开展“数字电子技术”实验教学方式改革。选择若干设计性的研究专题，让学生课前设计好相应电路，从实验室借取面包板和电子器件并搭建好电路，按照规定的上课时间到实验室对电路进行硬件调试。有一部分学生为了保证电路搭建的可靠性，甚至自行购买万用板进行焊接。学生们自行设计并搭建电路调试，既加深了对电子元器件及仪器仪表的使用方法的掌握，又培养了其发现问题并解决问题的能力。

4)创新活动的参与

自2013年研究型专题学习开展以来，参与改革的两个专业的学生参加大学生创新活动的人次数明显增多，如参加山东省机器人大赛，飞思卡尔智能车比赛，全国大学生机器人大赛等。

(卢文娟等文)

自动化专业学生参加山东省机器人大赛的比例超过50%，并取得了不错的成绩。“数字电子技术”课程教学方法改革虽取得了一些效果，但目前处于试验阶段，仍存在诸多不足之处。今后我们计划从以下几个方面来进行完善：

(1)探索如问题式、启发式、研究式多种结合的研究性教学活动，调整课堂授课内容，缩短理论授课时间。

(2)紧密联系实际应用，不断更新研究专题内容，并整理一套较为完善的专题指导书。

(3)进一步完善考核制度与方法，既保证公平性，又能充分调动学生们的学习热情。

借助电工电子中心实验室开放式教学的优势，配合实验教学的创新性改革思路，引导学生自主地通过实践教学手段对专题结论进行分析验证，培养学生的创新能力和研究能力，提高学生实践能力，对培养满足社会需求的高级应用型创新人才具有十分重要的意义。

[1] 赵洪. 研究性教学与大学教学方法改革[J]. 武汉: 高等教育研究, 27(2): 71-75.

[2] 潘金林等. 教学方法改革：美国研究型大学本科教育改革新动向[J]. 武汉: 高等教育研究, 29(10), 2008: 87-91.

[3] 黄云志. 美国华盛顿大学研究性教学对创新人才培养的启示[J]. 南京：电气电子教学学报, 31 (S2), 2009: 83-86.

[4] 任希等. 研究性教学在“数字电子技术”课程中的探索[J]. 南京: 电气电子教学学报, 32(4), 2010: 28-29.

[5] 阎石主编. 数字电子技术(第五版)[M]. 北京：高等教育出版社, 2008年2月.

Research Oriented Teaching for Digital Electronic Technology Course

LU Wen-juan, SUN Hao, GONG Wei-min, CUI Bao-chun

(CollegeofElectricalEngineeringandAutomation,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

Research oriented teaching idea is introduced and the new teaching manner is used in teaching of Digital Electronic Technology course. For project research with the combination of inside and outside class during the course teaching， it can guide students to carry out research oriented study and make the combination of teaching knowledge, training thinking and cultivating ability. The new teaching manner can stimulate learning interest of students and enhance their abilities of self-studying and practice. It can lay the solid foundation for dealing with science research and technology development independently in future.

research oriented teaching, digital electronic technology, innovation ability

2016-12-28;

2016-6-12

山东省高等教育名校建设工程项目(MX-KJCX-5)；山东科技大学教育教学研究“群星计划”项目(qx2013237)

卢文娟(1981-)，女，博士，讲师，主要从事电子技术基础理论教学、仪器仪表检测技术研究等工作， E-mail:dianzishu6@aliyun.com

G642

A

1008-0686(2016)05-0093-04