基于项目实践模式的数字电路教学改革探索

[摘 要]针对当前数字电路教学过程中存在的学生主动性不足以及理论教学课时压缩的现象，项目组采用基于项目实践教学模式，将项目驱动教学方法引入课程教学过程中，进行理论教学、常规实验教学和项目驱动型实验教学三位一体教学改革，通过理论学习、仿真验证和实物制作的多环节训练，加强实践教学力度。实践结果表明，基于项目实践模式的数字电路教学改革增强了学生的学习主动性，培养了学生的团队合作能力、动手能力和创新意识，产生了良好的教学效果。

[关键词]项目实践；数字电路；教学改革；任务驱动

[中图分类号] G423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）12-0033-03

数字电路是诸多工科学院的专业基础课程，特别是我校电气信息工程学院电气、自动化、电子、通信等专业的专业基础课，具有极强的实践性和创新性，因此电路课程也是各门专业课程教学中尤为重要的入门课程，是本科教学的重点建设课程。

北方民族大学作为一所民族高校，担负着为民族地区培养优秀人才，服务少数民族和民族地区经济社会发展的重任。[1]因此，学校学科结构定位为以应用学科为主，发展工科教育，培养具有创新精神的高素质应用型人才。数字电路作为一门应用性极强的学科，已成为学校多个工科学院课程体系中的核心內容，其教学质量直接影响到后续多门课程的教学工作。[2]因此，在我国电子信息类课程体系不断改革创新的背景下，提高数字电路课程的教学质量，真正做到因材施教，激发学生的学习兴趣，是当前学校“三电”教学团队亟待解决的一个难题。

在数字电路逻辑电路实验教学改革方面，东南大学的徐莹隽通过开放实验教学平台为支撑的开放教学模式，提高了学生的实践水平[3]；湖北工业大学的韦琳等人提出以数字时钟为载体，通过组合逻辑、时序电路和脉冲产生整形三大板块将全部教学要素整合在一起进行教学改革的思路，提高了学生学习的主动性[4]；深圳大学潘晓苹采用CDIO项目规划方法进行数字电路实验课程改革，通过项目规划、设计、实施、验收等阶段，促进学生对数字电路工程基础知识的掌握。[5]然而，上述教学改革探索主要集中在相关实验领域，注重强调实践环节的完成，对理论与实验衔接关系研究不足。此外，相关研究侧重强调学生学习兴趣和主动性，对基础薄弱学生的成长关注不足，无法直接应用在民族高校的教学中。

项目组将围绕数字电路课程教学中的“教”与“学”过程[6]，针对近些年来民族高校数字电路教学过程中存在的生源差异性大、课外学习主动性差、动手意愿不足等问题，在理论教学中适度引入小的工程项目，通过组建学生项目团队，实施课堂内外理论+实践混合式教学，将理论、仿真、制作融于一体，提高学生的动手能力、协作能力和创新能力，达到培养具有初步工程实践意识的应用型人才的目的，以在改进数字电路教学方法的同时，逐步提高学生的工程创新能力。

一、教学改革与实践

随着工程教育改革的逐步深入和工程认证实践工作的开展，基于CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）理念的工程教育模式已逐步在工科课程体系中推广。作为工科基础课程的数字电路课程，更需要采用相关理念进行教学改革探索，以适应时代发展的要求，提高学生的工程实践素质，培养学生的团队合作精神和创新创业能力。

（一）目前存在的问题

传统的数字电路教学过程中存在许多亟待解决的问题：首先，北方民族大学地处西北偏远地区，其生源来自全国31个省市自治区，覆盖56个民族，特别是65%的学生来自农村或偏远贫困山区，电子信息专业39%的学生为少数民族，学生个体素质差异大，自学能力不足，部分学生在听课中有一定的语言障碍；其次，随着新一版本科人才培养方案的调整，学校对总学分进行了调整，以工科专业为例，调整后总学分不超过170学分，对专业基础课的理论课时和教学内容也进行了一定程度的压缩，这样致使学生基础知识掌握不牢靠；第三，理论和实践教学严重脱节，学生在学习基础理论后，尚未建立起工程实践的概念，就迅速进入课程设计和实训教学过程中，没有学会融会贯通，难以独立完成设计类实验。

以上问题是学校电子类课程较为共性的问题，并突出反映在数字电路课程中。因此，解决好数字电路课程中的问题可以起到较好的带动示范作用。分析以上现象的根源，主要是没有解决好“教”与“学”过程中教学主体的问题。[6]传统的教学过程过于强调“教”的作用，以知识灌输为基本方式，以知识的可再现为教学目标。在这种情况下，很难提升课时内教学的质量，并发挥理论与实践相结合的优势，对提升教学效果无益。

（二）教学改革的思路

要实现理论与实践结合，更好地解决“教”与“学”的问题，就需要采用以问题为导向的学习方式，将学习过程融入实际动手操作中来。采用项目驱动方法实施教学就能够更好的实现教与学的统一，较好的解决上述问题。项目驱动法作为CDIO教学理念的一种延伸，是在一门具体课程里对卓越工程师培养方法的一种尝试。

因此，本文拟围绕提高学生动手能力和学习兴趣，采用课堂教学为主，课下项目团队实践合作为辅的教学方式，同时对教学环节加强过程评价，以达到提高教学效果的目的，最终争取实现：提高学生动手实践能力、加强学生的团队合作创新精神、探索教学过程中学业评价体系改革方法、带动学院内工程教育类课程改革。

实施中采用理论教学、常规实验教学和项目驱动型实验教学共同构成数字电路“三位一体”的教学新模式。其中，新引入的项目驱动型实验教学环节处于该模式的最顶端，对于学生各方面素质的综合培养具有显著的优势，能够更好地将培养具有工程实践能力的合格毕业生落到实处，见图1。

二、教学改革的实施及效果

（一）教学改革的实施

1.理论课程教学改革

在常规的教学过程中常以任课教师的滔滔不绝的灌溉式教学为主，课堂上教师全力讲，讲台下学生不假思索一味地接受着信息量较大的知识点，但在应用时，学生不能够做到举一反三、融会贯通、真正的全面理解。问题导向式教学，以教师为主导，以学生为主体，学生积极发问，达到所讲为所学，所学为所问的目的，使得整个班级的学习积极性、主动性得到提升，增强课堂上学生与教师的互动性，同时，也能让学生更好的理解所学的知识，加强学生应用能力的培养。endprint

此外，利用知识树体系传授法，将学科知识进行系统分类和重点知识归纳，督促学生巩固相关的知识点，分析相关内容的知识结构，使得知识点不再是单一的生硬的知识点，而是知识点之间互为基础、互相联系，让学生建立数字电路的知识框架，从而更好的了解自己所学的知识。

2.常规实验教学改革

在常规实验教学中，以验证型实验为基础，提高学生的实际动手操作能力和分析解决问题的能力。在常规实验教学中，要充分挖掘学生潜力，教师要有计划地传授科研要素的知识，引导学生系统地学习并予以实践，从四个方面初步培养大学生的科研能力，即用理论指导科研的能力、实验过程中的动手能力、实验数据分析能力和科技写作能力。在实践中，验证型实验按照实验指导书方式正常进行，设计类采用项目式和问题启发式教学。可以设计一个小的有问题的电路让学生团队找出问题所在，并利用项目学习整个实验内容。按照原有实验教学过程区分出组合逻辑、时序逻辑、译码电话和时钟单元等部分，根据整个实验教学完成的情况为每个项目团队进行评价和打分，并将此作为平时成绩。

3.项目驱动式教学改革

以2016年度数字电路课程实施为例。针对当前学生在实物制作过程中动手能力差，电路原理不清楚的问题，采用虚拟仿真设计和實物制作相结合的项目任务完成方式。先要求学生对布置的制作项目进行仿真[7]，然后在仿真基础上进一步搭建硬件电路进行调试。

教师在课堂上通常只通过多媒体课件来分析数字电路的原理及运行结果，学生在学习过程中普遍感到知识点抽象难理解，掌握程度浮于表面，很难理解其中真正含义。因此，可要求学生成立项目组，在相关知识介绍完成后，让学生自己动手进行相关实验，并将实验结果形成报告，作为学业评价的一个组成部分。

在项目驱动式教学方法中，整个教学工作分为课内工作、课外工作和总成绩给出三个部分。其中教师在课内完成讲授工作，在课外给出项目题目和仿真内容。而学生则要在听课的基础上，自行组建自己的项目团队，完成教师给出的任务和实物制作环节。最终，在学生所做实物和考试成绩的基础上，老师给出课程的总成绩，见表1。

考虑到不增加学生的课业负担，相关电路设计项目的数量为5个，在项目布置中主要遵循教与学有机结合、难易程度适中、创新与实践并举的三个原则。目前实施的项目包括：最简逻辑电路的实现、抢答电路的实现、运动速度测量、温湿度检测、非法进入物体报警。实施过程中，平均每四周完成一个项目，并且撰写小的研究报告。具体的实施流程见图2。

在考核评价中，避免仅以实验报告定成绩的方式，而采取“结果性”与“过程性”考核相结合的方式，既注重学生的实验报告成绩，又关注学生在创新型实验教学过程中所体现的态度、工程实践能力和团队协作意识等。在过程性考核方面，对考核指标进行合理量化，包括阶段性检查、实验项目的汇报展示及完成情况、团队合作情况等，其中团队合作情况主要由小组成员的自评和互评来确定，以激励学生不单纯为了分数而学习，而更侧重于对学生综合素质和创新能力的评价及引导。另外，在汇报展示环节，教师可针对每个人的任务分工设置相应问题来质询，以考察每个成员真正的参与程度及完成情况。具体考核内容构成及评分标准见表2。

（二）教学改革的结果

本次2016年度的课程改革受到了电子信息工程专业学生的欢迎，学生在活动中积极性比较高。在实施团队整合阶段，各团队都起了较为新颖别致的团队名称，并制订了参与人相应的工作要求，使得原本对课程没兴趣的学生增加了学习兴趣；在模拟仿真训练中，不少学生首次使用电路仿真软件，并积极查阅资料，询问相关软件使用技巧；在实物制作阶段，学生摆脱了千篇一律的结果，制做的实物有了一定的创新性和实用性。

总的来看，除个别学生外，大部分学生能够按照要求，完成理论、仿真和实物制作三部分工作，并具备了初步的团队合作精神。部分团队在撰写实验报告时，增加了项目特点和遇到问题讨论等环节。整个教学过程丰富了学生的课余生活，培养了学生的思考能力、合作能力和创新能力，在一定程度上符合CDIO培养要求。

三、结束语

作为高等教育工科专业重要的专业基础课程，数字电路课程具有应用实践性强、抽象逻辑概念多的特点，是民族高校电子信息类课程教学中亟待突破的一个关键环节。特别是在需要掌握的知识量急剧增加，学生理论学时不断压缩的今天，通过对该课程的教学改革探索出理论与实践教学的衔接点，解决学生理论与实践相结合的问题，理顺“教”与“学”的关系，对其他相关课程教学将起到重要的示范、带动作用。

本文采用理论教学、仿真验证、硬件实现三段式培训方案，通过自由组合、自主设计和自主创新，实现所学知识的融会贯通。实践表明，教学中学生的学习兴趣能够得到充分的调动，对学科建设和实验室整体完善具有重要的意义。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 潘俊涛， 刘芳， 张白，等.基于便携式倒立摆平台的现代控制理论教学改革初探[J].中国教育技术装备，2016（24）：18-19.

[2] 韦海成，张白，肖明霞，等.基于项目实践的民族高校工科专业应用型教学改革研究——以北方民族大学为例[J].大学教育，2016（7）：119-121.

[3] 徐莹隽.基于开放教学模式的数字逻辑电路实验教学改革[J].电气电子教学学报，2006（6）：64-66.

[4] 韦琳，周冬婉.数字逻辑电路课程教学改革的探讨[J].教育现代化，2016（7）：63-65.

[5] 潘晓苹，但果，陈昕，等.基于CDIO理念的数字电路实验教学改革[J].实验室研究与探索，2013（8）.

[6] 张俭福.学生主体作用：教学中一个亟待解决的问题[J]. 西南大学学报（社会科学版），1999（1）：56-60.

[7] 王尔申，庞涛，李鹏，等.Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用[J].实验技术与管理，2013（3）：78-81.

[责任编辑：钟 岚]endprint