数字电子技术课程“一体化，三阶梯”实验教学改革与研究

郭艳平

（中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436）

1.引言

数字电子技术是电子信息类专业的一门专业基础课程[1-2]，其它专业基础课程还包括：电路、模拟电子技术，这三门课程是学习后续专业核心课程的理论和实践基础，例如电气自动化技术专业核心课程主要包括：电机与拖动、单片机、PLC电气控制系统设计与维护等。根据专业调查结果可知，电子信息类专业毕业生对专业知识的应用能力相对薄弱，与企业对应岗位的能力需求之间有明显差距，究其原因还是实验教学环节仅仅训练学生基础验证性实验是远远不够的，即教学实验环节缺乏专业性和综合性实验，每门专业课的外延不够，所以对实验教学体系进行改革势在必行[3-4]，本文以数字电子技术为例构建了“一体化 三阶梯”的实验教学模式，实践证明该实验模式效果良好，具有一定推广到其它专业课实验教学中的价值。

2. 实验教学现状分析

2.1 实验教学内容趣味性不足

虽然数字电子技术实验教材可供选择的很多，但是比较其基础实验内容，发现均为只涉及单个知识点的验证性实验，缺乏多个知识点交叉，甚至多门相关专业课程知识点交叉的专业综合性实验，实验内容没有随着企业技术手段的进步进行相应的改进，同时实验内容的设置也不够贴近学生生活，即不能激发学生的求知欲望和探索兴趣，难以吸引学生的精力投入和兴趣点[5-6]。

2.2 实验教学内容专业综合性不够

现有的数字电子技术实验只关注学生单个知识模块的掌握和和单项技能的训练，且只针对基础内容的验证性实验，缺乏将专业其它课程知识点进行有机结合的专业综合实验，即没有将学生的知识点结成一张网络，导致其知识的灵活运用和实践应用能力较弱，如果将实验内容根据难易程度和综合程度进行“一体化，分阶梯”的设置，即可以拓宽学生的专业视野，也可以根据学生的能力实现分层培养[7]，进而从根本上扭转学生不重视实验，难以对实验内容发生兴趣的局面，达到培养学生知识灵活运用技能的目的。

2.3 实验教学模式和方法亟需改进

目前，职业院校实验教学模式改革的呼声很高，但是符合认知规律和专业渐进学习模式的实验教学方法和模式很少，各大高校的教学方法和过程基本相似，即学生预习、教师详细讲解、学生“照猫画虎”的实验步骤操作，在这种实验模式中，学生的自主能动性没有被调动起来，只要熟记实验步骤和操作方法，在不用自主独立思考的情况下就可以完成实验。这种教学模式在训练学生的基本操作技能方面有其可取之处，但学生的专业知识灵活运用能力、分析问题和解决问题的能力难以得到提高，同时对学生思维能力和创新能力的培养和提高存在一定的局限性[8-10]。所以这种教学模式和方法亟待改进，以更好的适应人工智能时代背景下，市场对技术技能人才的需求改变。

2.4 没有统一的电子元件库，难以保证实验教学质量。

在各方的共同努力下，学校的实验教学硬件和软件资源明显改善。但是在实验教学过程中还是存在教学资源匮乏的问题，例如没有建立元器件统一采购和调配机制，这在一定程度上制约了实验教学质量的提高。以数字电子技术等专业课程实验实训为例，现在的做法是任课教师事先设计好实验实训的内容，再采购元器件，学生动手完成实验实训课程，各个不同专业课任课教师各自为政，不统一，不协调，这种做法的后果是：采购来的元件质量参差不齐，用不完的元器件浪费，每一个学生做的实验或实训内容都是相同的，难以实现实验开放性，更难以调动学生的积极性。因此有必要对数字电子技术实验课程进行深入的研究和探索，为专业基础课程的教学改革寻找新路[11-12]。

3.“一体化，三阶梯”实验教学模式的构建

3.1 “一体化、三阶梯”的实验教学体系构建

“一体化，三阶梯”实验教学模式主体思想见图1：

图1 “一体化，三阶梯”实验教学模式主体思想示意图

精简数字电子技术课程的基础实验部分内容，使其虽然以验证性实验为主，但在加深理论知识点的理解、培养学生实验基础技能操作和激发学生自主思考能力三个方面取得平衡，再逐步过渡到多知识点的交叉应用。在综合实验环节，将至少两门专业课的知识点进行交叉，设计具有一定综合性的实验，例如与模拟电子技术知识点进行综合设计的竞答器电路实验；将数电+模电+单片机的知识来综合实现数字秒表功能；甚至进一步扩展更多的专业知识，形成一个专业实验，例如加入电机的相关知识，实现电机的正反转控制和电机的速度测量功能等，这样即使数字电子技术知识技能和应用得到巩固，又加强了不同专业课之间的横向联系，为后续的毕业综合实践和实习打下良好的基础，专业综合应用和专业综合设计以设计性实验为主线，在深入理解现有设计方案的基础上，开展发现缺陷、分析缺陷、弥补缺陷的头脑风暴，以此模式培养学生专业技能应用、创新意识和创新技能，在每个实验内容设计上力求融知识性、趣味性、应用性、开放性为一体，凸显个性化培养模式。

3.2 “一体化、三阶梯”的数字电子技术实验教学内容构建

实验性质 知识点交叉课程 实验名称及功能描述基础实验1.与门、或门、非门逻辑功能测试2.与非门；或非门；与或非门、异或门及同或门逻辑功能测试3.全加器电路设计及功能测试4.编码器、译码器、比较器和数据选择器的逻辑功能测试5. D和J-K触发器功能测试6. N进制计数器和寄存器的设计与实验7. 555 定时器无1.基本逻辑门功能测试2.复合逻辑门功能测试3.组合逻辑电路分析与设计4.集成逻辑芯片的功能测试及应用5.触发器相关知识理解6.时序逻辑电路的设计与应用7. 555定时器的工作原理及逻辑功能综合实验1.脉冲信号发生器2.八位数-模转换器和八位模-数转换器3.智力竞赛抢答装置4.电子秒表5.数字时钟的设计与实现模拟电子技术1.一个指定频率的脉冲信号发生器2.数字信号-模拟信号相互转换3. 6 路抢答器4. 24秒计时进位实现5.数字60秒计数+进位+分计数电路专业实验 1.无线温度探测小车2.数字电子秤模拟电子技术+单片机+C语言+电机1.电机驱动+温度探测+无线通信2.自动称重+数字显示+自动控制

以数字电子技术为出发点，形成一体化的实验教学模式，按先后顺序和难易程度成三个阶梯，分别为：

基础实验，即帮助学生理解逻辑代数的基础知识，并进一步掌握常用的基本和符合逻辑门电路的功能测试步骤，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计是数字电路的核心内容，通过基础实验，学生应掌握常用IC芯片的功能表阅读，根据典型电路和外围元器件功能特点，分析和设计特定功能的逻辑电路。

综合实验，和模拟电子技术相关知识点进行有机融合，设计脉冲信号发生器、八位数-模转换器、八位模-数转换器、智力竞赛抢答器、电子秒表、数字时钟六个综合实验中的一个，这些实验内容设计贴紧学生生活，趣味十足，同时又有一定的专业知识融合，通过三届学生的实践，已经形成成熟的专业知识点有机融合的综合实验手册。

专业实验，即在基础实验和综合实验训练的基础上，进一步融合更多的专业知识模块，通过融合单片机、模拟电子技术、电机、传感器和C语言等，形成了2套较成熟的专业实验，即无线温度探测小车和数字电子称，在实验实施过程中，学生普遍兴趣盎然，有层层进步和“水到渠成“的感觉，在学生完成实验的时刻，巨大的成就感悠然而生。

数字电子技术是电子类专业人才培养中一门专业基础课程，通过“一体化，三阶梯“实验教学，帮助学生不仅掌握电子信息基础知识和基础应用电路设计，进而拓展其专业应用场景，从而培养出具有创新精神和实践应用能力的电子人才。

3.3 “一体化，三阶梯”实验教学体系的特点

以数字电子技术为出发点，建立的“一体化，三阶梯”实验教学模式的特点主要有以下两点：

基础实验在加深理论知识点理解、培养基础操作技能、激发学生自主思考能力之间取得平衡，使学生具有厚实的理论和操作基础；专业综合实验加强同其它专业课的横向联系，使学生的专业知识模块“连成线，结成网”，培养学生灵活运用专业知识和实际分析、解决问题的能力。该实验模式的内容设置依从认知规律，以构建理论为总体指导思想，从而达到培养具有一定操作技能和创新应用能力的职业技术人才目的。

根据职业创新型和技能应用型人才成长的规律，以激发学生主观能动性教学为导向，打破课程之间的固有界限，进行课程内容和教学模式的整合，以期达到市场对职业技能人才的要求。