基于“卓越计划”的数字电子技术课程探究式项目教学研究

湖南工学院电气与信息工程学院 汤群芳 姚胜兴 刘海波

基于“卓越计划”的数字电子技术课程探究式项目教学研究

湖南工学院电气与信息工程学院 汤群芳 姚胜兴 刘海波

本文针对“卓越工程师教育培养计划”的培养目标—强化培养学生的工程能力和创新能力，提出了“数字电子技术”课程探究式项目的教学方法。该方法按工程问题、工程案例和工程项目组织教学内容，将理论讲解和工程实践相结合，并辅助完成工程项目。本文提出的方法在在激发学生学习积极性、培养学生工程应用能力方面取得了良好的效果。

探究式；项目教学法；数字电子技术

1.引言

2010年，为落实国家中长期教育改革和发展规划，教育部推出卓越工程师培养计划。湖南工学院以此为契机，在2012年申报自动化专业为教育部“卓越工程师教育培养计划”建设专业并获批准，从2012年开始招收“卓越工程师教育培养计划”实验班。“卓越工程师教育培养计划”的培养特点之一是强化培养学生的工程能力和创新能力，“数字电子技术”课程是电子类专业的一门基础必修课程，同时具有很强的应用性和工程性，传统的教学方式对于培养学生的工程能力和创新能力效果并不理想，为此，笔者提出了基于“卓越计划”的“数字电子技术”课程探究式项目教学。该方法按工程问题、工程案例和工程项目组织教学内容，将理论讲解和工程实践相结合，并辅助完成工程项目，培养学生的工程应用能力及创新合作意识。

2.数字电子技术探究式项目教学

探究式项目教学法是一种培养学生自主学习和工程应用能力教学模式，数字电子技术的课程具有知识点多、元器件种类繁多、记忆难度大和应用性很强的特点，非常适合采用探究式项目教学。第一，通过探究式项目教学法，学生会主动去学习元器件的工作原理及如何使用使用，区分元器件之间的不同，在应用实践中加深对元器件的认知。第二，学生通过设计和完成项目，在实践中摸索，发现问题、解决问题，在过程中学习，加深对零散知识点的理解，提高对知识的应用能力。

图1 探究式项目教学实施框图

数字电子技术探究式项目教学主要分为三个部分：课内理论知识讲解、课外项目设计制作和课程考核，如图1所示。在课堂教学中，理论知识的讲解是以项目展开的，教师以完成项目为目标，引出各个知识点的学习，同时完成此知识点对应的项目模块的设计，仿真验证设计的正确性。在课外，我们提供6个项目供学生选择，规定必须以项目团队的形式自主选择并完成项目，项目团队限制在5人以内，并推选一人作为负责人。学生根据自己的兴趣选题，并根据能力来完成项目，而教师则根据教学目标的基本要求，指导学生完成项目，其中对难度相对较大和内容复杂的项目，鼓励学生利用课外时间进行项目研究。

3.探究式项目教学的实施过程

3.1课内理论知识的讲解

课堂知识讲解我们在首先介绍逻辑代数和逻辑门相关基础知识后，引入工程实际问题，如“各种竞赛和娱乐节目中使用的抢答器如何实现？”，接着选取“八路智力抢答器设计”作为一个贯穿课程整体的项目。八路智力抢答器的设计框图如图2所示，我们将它分解成秒脉冲信号产生电路、计时电路、控制电路、译码显示电路、报警电路五个模块。这5个模块的知识分布涵盖了数字电子技术课程的核心知识点，如秒脉冲产生电路涵盖在脉冲产生与整形电路中，计时电路是时序逻辑电路的一个重要知识点，译码显示电路涵盖在组合逻辑电路中等。我们在做各个模块的设计前先链接到相关知识点的学习，然后再根据掌握的知识设计相应单元模块，并利用multisim进行仿真验证，各个单元电路设计再形成整体电路设计，最终完成整个项目的设计，同时围绕本项目的设计的展开的知识讲解基本涵盖本门课程的教学内容。这种理论讲解和工程实践相结合教学模式有利于激发学生的学习兴趣，使学生目标明确，有利于提高工程应用能力和学习效果。

图2 八路智力抢答器设计框图

3.2课外项目设计及制作

探究式项目教学除了在课堂内理论知识讲解中引入项目对学生进行引导之外，为了进一步增加学生的学习参与度，使学生更多的投入到学习中，在课堂外还给学生布置一些自拟题目的项目，引导学生自主学习，进一步提高学生的学习效率。

教师把学生按5个人一组进行分组，每个小组设立一个组长，组长负责给每个组员分配工作，召集组员进行讨论问题。各组组员在分配时尽量学习程度好的和学习程度一般的相互搭配，避免学习程度好的同学聚集的情况，同时学习好的学生可加深了对知识的理解，学习一般的学生也有进步。

教师通过项目任务书向每组下达项目任务， 项目尽量从实际生活中选取，且尽可能多应用课堂上所学知识。 项目功能设计上教师控制项目难易程度和实现过程的复杂程度，比如所用的器件参数能否实现提出的技术指标，安装技术能否实现电路正常工作等。同时我们把项目实现功能分为两个部分，基本功能和扩展功能，对于创新思想活跃的组，鼓励他们积极参与创新活动，争取能实现扩展功能，对于创新思想不够活跃的组，鼓励学生自主完成资料的查找，电路的设计、安装和调试，最后实现基本功能。由于自动化卓越班总共有30人，每5人一组，所以设计了6个课题，具体见表1所示。

表1 项目及功能要求表

此项目的进行过程是跟理论课同时进行的，在第6周教师即把任务下达每组，各组通过查阅大量资料，讨论并设计项目实现的总体方案；然后在学习各个知识点时按题目所涉及的内容进行单元电路设计并仿真；到第16周，相关知识点讲解基本完成，各单元电路设计也相应完成，此时学生进行总体电路设计并仿真，同时按仿真电路设计订购元器件；在18-19周，学生进行实物制作及调试，同时完成项目设计说明书，电路板走线和说明书的书写都有统一的规定；最后，教师对各组设计实物测试并现场答辩。

课外项目的设计可以达到下面几个目的，第一，激发学生的学习兴趣，并通过动手实际操作对理论知识有了更深入的理解；第二，学生感觉到理论知识并不是纸上谈兵，确实是可以学以致用的，提高了对理论知识的应用能力；第三，在学生解决问题的过程中，使学生勇于创新，开拓思维。

3.3考核方式改革

由于“数字电子技术”课程采用探究式项目教学，引导学生进行自主学习，因此考核方式也需要有所改变，不能再用期末的一次考试来评判一个学生的优劣。“数字电子技术”考核方式改革采用“平时成绩+期末理论考试成绩+项目设计及答辩成绩”相结合的方式进行，三部分综合起来形成本学期本课程学生的最终成绩。“数字电子技术”课程考核方式改革中各实施环节考核时间、考核方式、考核内容和所占的比例分别如下表2所示：

表2 数字电子技术课程考核考核方式表

4.教学效果

为了检验“数字电子技术”课程教学改革探究式项目教学的效果，笔者在2015-2016-1学期同时担任了自动化卓越班1401、自动化1403-04班的数字电子技术教学，其中自动化1401班的数字电子技术采用探究式项目教学，自动化1403-04班采用传统的教学方式。结果发现：

（1）期末课题组在学生中做了一次大规模的问卷调查，并将两种教学方式的问卷调查做了对比。采用探究式项目教学组的学生对“数字电路”课程的整体把握有了明显的提高，对主要知识点基本能回答“为什么”、“是什么”和“怎么用”，具有结合理论知识辨别并分析基本数字电路的能力。

（2）在课堂上，采用探究式项目教学组的学生讨论更气氛浓厚，学习兴趣大幅提高。

（3）从作业的完成情况和考试答题情况来看，采用探究式项目教学的自动化1401班学生试卷平均成绩要比采用传统教学方式的自动化1403-04班的试卷平均成绩高5-8分，主要体现在基础问题的错误率降低了，重难点的答题正确率有所提高，这些都充分反映了教学改革的成果。更为重要的是，教师在课堂上以项目引入知识点的学习，充分调动了学生的学习创新热情，学生积极参与大学生科技创新项目的申报，加入学院的科技创新团队。

［1］李健，李智，冯晓磊.“数字电子技术”课程的探究式案例教学［J］.南京：电气电子教学学报，2015，12（37）：51-67.

［2］任希，侯建军，李赵红，路勇，曾涛.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，2010，8（32）：28-29.

［3］向腊，李珊珊.数字电子技术案例教学法的实施与探讨［J］.成都：时代教育，2016（3）：161-161.

［4］白顺先，樊荣.项目教学法在《数字电子技术》课程中的探索［J］.广州：现代计算机2015（10）：26-29.

［5］王冬艳，郑骊，李小平.项目驱动教学法进行数字电子技术实训改革［J］.南京：电气电子教学学报，2012，34（6）：77-79.

［6］阎石.数字电子技术基础（第5版）［M］.高等教育出版社，2006.

湖南工学院2013年校级教研教改立项项目（编号：JY201318）；湖南工学院探究式教学示范课程建设项目；湖南省教育厅教改项目（立项文号：湘教通［2010］243号）。

汤群芳（1983—），湖南衡阳人，硕士，讲师，主要研究方向：数字图像处理，三维重构。

姚胜兴【通讯作者】（1965—），湖南桃源人，硕士，教授，主要研究方向：自动控制，电工技术。