基于新形势下数字电子技术教学改革探讨

李春　蒋玲

：针对当前互联网与多媒体技术的快速发展，网络教学已经成为当今学校不可或缺的线下课程辅助模式之一。尤其在近两年新冠疫情不断反复的严峻形势下，线上教学模式得到了迅速的推广。将其与电子设计自动化软件（EDA）相结合，增强了书本上繁琐知识点的直观性，同时有效地提高学生上课的积极性，使得课程设计体系达到了最优。该文将数字电子技术与EDA软件和教学思政相融合，进行了数字电子技术线上教学模式的探索。

：数字电子技术  网络教学  EDA软件  教学思政

中图分类号：G642;TN79-4  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）02（b）-0000-00

 With the rapid development of the Internet and multimedia technology， online teaching has become one of the indispensable offline curriculum support modes in schools today. Especially under the severe situation of coronavirus disease in recent years， the online teaching mode has been rapidly promoted. Combining with electronic design automation software （EDA）， it enhances the intuitiveness of tedious knowledge points in books. Meanwhile， it will effectively increase students' motivation in class and the best curriculum design system can be obtained. This paper integrates digital electronics with EDA software and curriculum ideological and political education to explore the online teaching mode of digital electronic technology.

 Digital electronic technology; Online teaching; EDA software; Curriculum ideological

近10年以来，随着互联网与个人终端设备的快速发展，网络教学逐渐成为一种新兴的教学方式，在专业的现场教学平台基础上，依托辅助教学软件实现了异地、实时、互动性强的新教育教学模式。尤其这场突如其来新冠疫情的介入，席卷了整个世界，更是打乱了人们正常的生活和学习节奏。为了保证广大国内学生正常学习生活的进行，教育部提出了“停课不停教、不停学”的政策方针。为了积极响应中央的号召，保证师生的人身安全，缓解地方的防疫压力，各地方院校纷纷出台了“学生延迟返校、学校线上按时开课、教师远程教学灵活指导”的相关政策。“慕课”“雨课堂”“腾讯会议”等多种线上教学模式得到了极大的推广与应用。基于此，笔者在总结线上教学经验的基础上，根据当前数字电子技术线上教学的特点与不足进行分析，如教学手段单一、EDA软件辅助应用以及思政融合等方面做出初步探索与部分看法。

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传统的数字电子技术教学内容往往是根据书本教材围绕知识点来展开教学的。但课程电路结构多，知识点较为繁杂，需要在有限的上课时间将众多的芯片电路工作原理解释清楚，时间紧、任务量繁重。而这一点问题，在线上教学上得到了凸显。因此，网络环境下的线上教学不仅仅是简单的教学环境或工具的改变，教学模式和方法也需要与时俱进。据研究表明，大学生认为影响线上教学效果的因素主要有以下几个方面：（1）线上教学课堂的氛围。与传统的线下教学相比，线上教学如果单一地采用PPT讲授，缺少了师生之间面对面的直接交流，直接导致了学生的上课热情和参与感下降，课堂整体分为受到影响，学生容易产生倦怠心理，无法集中精神融入教学当中。而老师也无法直观感受学生的上课状态，不能精准地控制讲课的节奏，致使线上课程的教学质量无法得到保障。（2）部分老师教学方式的单一。在线上教学过程中，某些教师教课方式沿袭着以前的“照本宣科”的传统，上课内容缺乏创新力和想象性，使学生产生学习疲劳，漏听重要的知识点，降低课堂的整体效果。（3）学生自身对网课的适应能力。由于在学生群体中，个体的差異性也比较明显，部分学生对网络教学这一新兴的教学模式适应性高，相应地网络教学效果较好。而部分自身克制能力比较差的学生，网课效果往往不是很理想。（4）线上教学作业量的多少。部分老师针对线上教学期间作业量的布置有着明显的差异。每个学生对作业量的接收程度也各自有区别。如果作业量高于学生的接受程度，相应地容易引起学生的厌倦心理，甚至利用网上已有的答案复制粘贴，敷衍地完成作业，达不到真正布置作业的效果。

因此，针对上面凸显的几个问题，线上教学模式应该遵循以学生为中心、教师为主体，突出案例的模拟仿真、虚拟现实情景，确保师生之间互动的实时性，确保学生自主学习的能力。可以从以下几个方面尝试进行改革：（1）教师在线上教学过程中可以适当地根据具体情况增加或补充一些教学环节。为了提高学生课堂的参与感，可以设计课堂讨论区、课堂效果评价区。例如：引入小组讨论模式，可以有效地增强师生之间互动交流的机会。在进行具体逻辑电路的讲解过程中，教师可以对学生进行分小组进行讨论，每个小组成员5人左右。学生根据课堂上讲解的内容进行头脑风暴，与日常生活中的具体应用电路相结合，分析比较他们之间的特点。教师给予点评，并对达成度好的小组成员予以平时分的奖励。这可以极大地促进学生自身的团结协作意识，同时也极大地激发他们课前预习和课后温习的动力。小组合作学习，可以打破传统线上教学中枯燥的教学氛围，使得学生在集体讨论中踊跃发言促进其学习的积极性，使线上课堂更具有趣味性，提升自身的学习效率。增加网络教学的在线测试模块，帮助学生及时了解当前的学习情况，教师也能够根据学生的反馈实时地调整上课进度和授课方法，提高学生的知识掌握效率。（2）线上教学过程中，需要教师需要更为充分合理的课程设计。在进行线上教学之前，教师需要提前做好备课准备，合理规划讲、辅导、答疑和学生讨论的内容和相关环节，避免“流水账”式的讲课形式。苏霍姆林斯基曾经说过：“教师的语言修养在极大程度上决定了学生在课堂上的脑力劳动的效率”。而这，则直接地影响到教师教学的效率高低和质量的优劣。成功的、有感染力的语言表达和渲染，可以提高教师教学的高效性。数字电子技术作为一门抽象性和逻辑性均比较高的科目，教师上课过程中需要做到语言简明准确、风趣幽默，同时能够结合当今的电子技术发展背景旁征博引。需要教师对数字电子技术课程的专业术语以及相关的概念公式的表达能够清晰明了、通俗易懂，避免上课过于啰嗦，使学生感觉烦躁。网络教学过程中，教师能够图文并茂，避免在讲解过程中全片幅的文字和公式出现，充分利用网上现有的材料。需要教师有效地整合教学资源，尝试多元化的教课手段和教学风格，采用整体和单独辅导的有机结合模式，定期地针对重点和难点以及学生反馈的问题进行在线答疑，提高教学效果。课后，可以利用在线问卷调查的方式，了解学生整体的学习进展，并方便接下来的持续改进。（3）合理利用班委的监督模式，加强学生的自我管理。线上教学和传统的课堂教学不同，缺少了教师的直接监督，个别学生会出现挂机听课的现象。这个过程中，可以利用班委加强学生的自我监督，完善签到和点名系统。与此同时，帮助学生制订学习计划表，促进其线上、线下的合理对接。线上教学作为目前高等教育的补充模式，需要有针对性地改革和创新，才能使其扬长避短，充分发挥自身的优势，成为新型教学模式中不可或缺的一部分。利用网络教学平台，教师同时可以将对应的教学资料上传到共享平台上，或直接为学生提供相关的科学技术网站，如电子发烧友网、中国电子电工网等。学生可以根据需求，有选择地进行下载。

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数字电子技术主要是以逻辑门电路器件为核心部件的电子技术，其发展趋势离不开理论和实践的结合。教学过程中，如果只是单一的知识点的讲解，不仅枯燥和乏味，学生往往抱着应付考试的目的去死记硬背，只知其表而不懂其里，更难以勾起他们的上课热情。传统的实践教学中往往采用数字电子实验箱作为实验设备，学生根据指导书的内容，对信号源、芯片管脚、示波器、电源和地线通过连线完成操作任务。然而实验过程中，学生经常会在芯片的排布与走线，器件和设备的好坏上花费大量的精力，有限的时间内无法做到真正静下心来去分析和检查电路。学生虽然学会了一些简单的操作技巧，却无法掌握电路故障的排查和纠错能力，而课余时间离开实验室，学生就无法继续实验，缺乏对学生分析问题能力、解决问题能力以及创新能力的培养。

同传统课堂教学相比，线上教学在这方面，却有着得天独厚的优势。EDA（Electronic Design Automation）是近些年来发展起来的现代电子技术：以计算机为工作平台、融合应用电子技术、信息处理、计算机技术以及智能化为一体的计算机辅助设计软件工具。随着大规模集成电路的快速发展， EDA技术也越来越多地引入到数电课堂教学的应用当中。线上教学与线上实时仿真相结合，促进了理论知识的灵活变现，同时也提高了学生动手设计电路和分析电路问题的能力。数电的理论知识体系中从基本的逻辑门应用到卡诺图的化简，这些理论过程培养了学生数字逻辑思维的方式，但工作应用中时效率很低，不适合解决稍大型电子系统的建立和设计流程。而使用EDA软件更有利于学生理解和建立新的组合电路，具有高效、设计灵活、直观和便于验证等优点。目前常见的几种EDA教学辅助工具主要有Multisim、Protues、Protel等构建数字电子技术实验平台。线上教学中，虚拟仿真的流程可以分为4个部分：（1）老师层面项目信息的发布;（2）学生基础与理论知识点的学习;（3）团队或小组形式搭建具体电路的仿真模块;（4）实验结果的仿真运行与结果分析。学生可以通过模拟平台或独自的仿真软件选择合适的EDA软件工具，根据发布的实验要求搭建电路，过程中遇到问题可以团队形式解决，将实验操作过程中的数据信息以及相关的仿真参数、程序代码以及电路图纸以电子档的形式输出到数据库进行汇总，方便老师随时检查和校对。在信息化广泛普及的如今，将EDA软件与线上教学相结合，可以将抽象内容形象化、具体化。学生可以直观从仿真设计结果上得到印证，与理论知识相结合，进一步提高他们学习的积极性和主动性。同时也方便老师布置线上作业，通过仿真结果实时追踪学生掌握的动态。在数字电子技术线上教学过程中，增设EDA技术的教学环节，不仅丰富了教学手段，同时可以提高学生的学习兴趣，达到预期的教学效果。使用EDA软件（Protues）对数字时钟进行仿真，软件中丰富的数据库元件，可以方便调用快速建图，而学生可以直观地得到最终电路设计的结果。

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当今社会处于东西方思潮与价值观多元并存的新形势，如何正确地树立青少年正确的人生观、价值观以及民族荣誉感是院校老师的本职所在。习近平总书记指出，做好高校思想政治工作，要用好课堂教学这个主渠道，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，这为校园文化建设树立了目标和方向。习近平总书记多次强调青年学生对国家对民族具有举足轻重的作用，当代大学生更是国家建设的主力军。如何培养一个真正对社会有用的人以及为谁培养人作为一个根本问题，这需要我们教师坚持把立德树人作为核心，把思政工作贯穿在教育教学环节。教师的责任是教书育人，而“教书”和“育人”既相互区别又有机结合。这不仅需要以学科知识层面作为教书根基，同时要结合当今社会发展的专业背景和具体的行业案例作为育人保障。

工科作为我国高校学生占比最大的学科类别，为多项关系国家战略、复杂民生系统工程输送了大量的人才和生产力。然而，目前国内部分关键领域仍然和世界先进水平具有一定的差距，国家一系列的政策和战略实施都对工程人才的培养提出了要求。如何继续加强思政建设、完善工科教育体系和高质量推进新工科建设是我国目前人才培养的关键。对工科实践类课程不能简单地采用思想政治课上讲哲学、讲历史的方式，否则会削弱思政教育的效果甚至容易引起学生的错误理解。工科教育中的思政建设，需要在实践中引导学生去主动思考，理论结合实际，实现政治性与学理性、价值性和知识性的有机结合。在工科领域，数字电子技术作为计算机、电子信息、物联网等相关专业多学科的专业基础必修课程，具有完整性、实践性和应用性强等显著特性，该门课的学习将为后续课程的铺垫打下坚实基础，因此在课程体系中占据重要位置。《数字电子技术》课程有着众多的专业背景和日新月异的行业案例，这些大多关乎国计民生和国家安全大计。作为涉及领域最为广泛的理论实践课程，数电课程离不开现代电子技术的与时俱进，同时结合EDA专业软件仿真的辅助，其课程与实践内容已经成为电子信息工程专业教育的重要环节。理论结合实际，培养学生的民族自豪感和社会责任感，激发他们课程学习的深层次动力，也为他们将来的职业发展提供导向。在线上教学进行的同时，可以充分利用网络的信息资源，引领学生关注当今的时事热点。例如：课程的进程中便涉及数字技术的发展及其应用领域，在讲述过程中结合IC技术的发展、电子管时代以及晶体管时代的技术革新，为学生引出当今世界最尖端的高精密的半导体集成电路。进而扩展到我国与国际上技术的优势和不足，以当今的时事，如被国外“掐脖子”的光刻机技术与美国对华为的芯片技术封锁，激发学生的民族榮誉感和社会责任感，进而引发学生深入学习该门课程的兴趣和动力。通过电子设备的使用与创新、电子系统的搭建与研究，引导学生细致严谨、兢兢业业扎实奋斗的实干精神和创新精神，培养学生精益求精的工匠精神。

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新形势下，数字电子技术的线上课程要勇于突破常规，不仅在教学形式上要避免照本宣科式的填鸭式教育方式，要勇于创新和探索。教学手段也要多元化且与时俱进，引入现代EDA教学模式成为一种必然的趋势。应当充分利用当下的时机去迎接和适应新工具，一切以学生为中心并且以教师为主导，使数字电子技术课程的教学更适应现代数字电子系统的设计过程和方法，激发学生的学习兴趣和创新的动力源，促进他们与社会实践和需求接轨。在课程中融入思想政治内容，将思想教育同课程教学有机结合，培养出真正为社会有用和愿意为祖国奉献的人。以上想法和思路还需要在实践过程中进一步地完善和修改，同时需要与时俱进。通过课程改革，我们感到对于数字电子技术的教学需要紧跟当今电子技术的快速发展，它不仅要培养学生的基本知识技能，更应该满足社会对人才的实际需求。这些不可避免地给当今教师带来了新的元素和新的挑战，在保证教学内容完整性的基础上，同时增强学生的动手实践能力和学习兴趣，这是作为一名教师应当学会思考的問题。用一句话总结，即“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。

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基金项目：国家青年科学基金项目（项目编号：62001235）。

通信作者：李春（1989—），男，博士，讲师，研究方向为太赫兹光谱与无损检测、超导超材料，E-mail：chunli0205@njfu.edu.cn。