工程教育认证背景下的数字电路实验教学改革探讨

2017-11-30涂文元

科技与创新 2017年22期

关键词：数字电路电路实验教学

涂文元

(闽江学院物理学与电子信息工程系,福建福州 350108)

工程教育认证背景下的数字电路实验教学改革探讨

涂文元

(闽江学院物理学与电子信息工程系,福建福州 350108)

数字电路实验教学是电子信息类专业的重要实践环节,它在培养学生的工程实践能力方面有着不可替代的作用.结合工程教育认证的要求,阐述了实验教学内容、实验手段和实验考核3方面的改革方案,以探索提高学生工程实践能力的新途径.

工程教育认证;数字电路实验;教学改革;工程实践能力

1 背景阐述

工程教育专业认证是以培养目标和毕业要求为导向进行的合格性评价,是国际通行的工程教育质量保障制度[1].培养目标是对该专业毕业生在毕业后5年左右能够达到的职业和专业成就的总体描述;毕业要求是对学生毕业时应该掌握的知识和能力的具体描述,包括学生通过本专业学习所掌握的知识、技能和素养.新版的《工程教育认证标准》突出了本科阶段工科教育对"解决复杂工程问题"的要求,详细界定了"复杂工程问题"的若干重要特征,突出各项能力的指向是解决"复杂工程问题",而非一般性问题.

2 改革数字电路实验教学,培养工程实践能力

2.1 改革的必要性

《数字电路》课程是电子信息类专业中一门重要的基础课,它是后续EDA技术、单片机技术等应用性课程的基础,包含了较多的工程基础知识,在认证中占有较大的比例.该课程的工程应用主要体现在实验课程中,因此,必须将认证的基本理念应用于《数字电路实验》的教学改革中,以达到工程教育专业认证的要求,提高毕业生解决复杂工程问题的能力.受专业总学时的限制,给数字电路实验安排的学时一般不多,大部分高校都在12课时左右,要在课时很少的情况下通过5次左右的实验培养学生一定的工程实践能力,进行实验改革是很有必要的.

2.2 构建多层次实验内容体系

物理学与电子信息工程系电子信息类专业数字电路实验学时数为12学时,具体知识点学时安排如表1所示,实验一为验证性实验,实验二、实验三、实验四为设计性实验,实验五为综合性实验,分为3个层次.在实际工作中,先通过一个验证性实验让学生掌握实验仪器、设备和器件的使用;然后通过3个设计性实验让学生掌握常用的中规模集成芯片的使用,同时,培养学生对于简单电路的设计能力;最后一个为综合性实验,该实验是对《数字电路》课程中组合逻辑电路、时序逻辑电路和555定时器的综合考核,完成该实验即为对《数字电路》课程的系统掌握.

从表1中可以看出,在数字电路实验中加大了设计性和综合性实验的比例.设计性实验主要以中规模集成芯片,比如门电路、译码器和计数器为基础,实现对某一特定功能电路的设计.具体做法是,先给出实际问题、实验室提供所需的集成芯片目录,学生先根据实际问题设计出电路原理图,并根据所提供的器件,在实验箱上完成电路连接和调试.通过3个设计性实验初步培养学生设计电路的工程实践能力.在综合性实验中,可以引进电子设计竞赛模式,开设具有一定综合性和工程背景的实验项目,供学生选做.学生3人一组组队参与实验,在规定时间内完成电路设计、仿真、连线、调试、参数测量、撰写实验报告等环节的工作,目的是培养学生解决较为复杂工程问题的能力.

2.3 在实验教学中充分融入EDA技术

随着可编程逻辑器件技术的发展,数字电路实验的手段也不断更新和改进.在传统实验中,电路连接和调试过程存在很多缺陷,为了使学生能够紧跟时代,掌握新器件、新技术,学校应积极开展EDA技术教学,充分利用EDA工具分析、完善实验方案,提高实验效率和成功率.在实验设计环节,学生要尽可能多地了解数字电路领域的新概念、新技术和新方法,接受相关工程实践训练,启发学生的创新意识,培养学生的工程实践能力.例如,在开设数字电子钟、交通灯和数字频率计等综合性实验项目时,可要求学生采用可编程逻辑器件设计电路.学生在接受设计任务后,要先形成设计思想,构思设计方案,然后在Altera公司的开发工具QuartusII环境下,通过VHDL语言文本输入或者电路原理图输入的方式来完成设计输入,接着在软件里进行功能仿真,通过功能仿真验证设计方案的正确性,最后在EDA实验开发系统进行下载验证.通过该综合性实验的训练,学生既掌握了数字电路的基本知识,又掌握了可编程逻辑器件的设计方法,实现了与现代电子设计技术的有机结合.

3 加强实验管理和实验评价

3.1 加强实验预习

针对以往学生实验前不预习、到实验室后盲目实验的情况,教师必须强化实验预习工作,要求学生在到实验室前先对电路进行理论分析和计算机仿真,并将这个过程体现在实验预习报告中.对于设计性和综合性实验,还要预先设计好电路,画出电路原理图,在Mutisim10.0仿真环境下仿真,得到正确的仿真结果.在每次实验前,指导教师要检查学生的预习情况,并进行预习评分,没完成预习要求的取消该次实验资格.

3.2 加强实验过程指导与评价

在实验指导过程中,指导教师只起引导作用,学生在实验过程中有可能碰到各种问题,指导教师只引导学生去寻找问题出现的原因,以及碰到具体问题时解决问题的思路、方向和方法,问题由学生自己思考解决,以充分发挥他们的主动性,增强学生发现问题、解决问题的能力.另一方面,在指导过程中,指导教师要及时记录每个学生动手能力、排除故障能力等方面的内容,并据此来完成学生实验成绩的评定.成绩评定时应注重操作过程,淡化实验结果.