民航專業“數字電子技術”課程教學改革

詹湘琳，周德新，劉曉琳，劉 岱，劉 濤

(中國民航大學航空自動化學院，天津300300)

目前，我國民航業對高層次的民航機務維修技術人才是迫切需要的，這已成為困擾行業發展的一大難題[1，2]。

“數字電子技術”是現有機務維修人才培養體系中涉及到的一門專業基礎課或是一個培訓模塊。在國內，中國民航飛行學院、北京交通大學電子信息工程學院、天津中德職業技術學院的航空電子設備維修專業以及廣州民航職業技術學院在探索“數字電子技術”CDIO模式下的教學改革都取得了一定的成績[3～5]。

我校也引入美國麻省理工學院的CDIO教學模式并進行了大膽嘗試和探索[6]。如何讓學生結合民航背景，高效掌握“數字電子技術”課程的理論知識，并具有實踐創新能力，讓今后走向機務維修工程崗位的學生或者是準備繼續深造的學生具有排除數字電路故障的能力，這既是我們課程組進行課程改革的初衷，也是課改的目標。

1 常規教學存在的問題

目前，我院主要面向機務維修工程培養學生?！皵底蛛娮蛹夹g”的課程建設還存在一些問題。

(1)教學內容中缺少與民航相關的實踐應用

目前，我校選用的教材是由高等教育出版社出版的、康華光等編著的“電子技術基礎:數字部分(第五版)”，是普通高等教育“十五”國家級規劃教材。這套教材通過多屆教學實踐，教學效果良好。但是，課程組發現，教材以及教學內容與民航業聯系不緊密，沒有突出民航專業特色。歷屆學生也反映希望在教學過程中增加與飛機維修、數字電子技術在民航業中應用方面的實例。

(2)理論教學存在的問題

目前，我們理論課教學仍然采用教師在講臺上講，學生在課桌前聽講的模式。這種模式的教學既有優點，比如條理性強，但又存在明顯的不足，即教師很容易陷入在黑板上一味灌輸知識，而學生在經過大半個學期學習以后，只知道各種數字器件的名稱以及內部結構和工作原理，對于學了以后器件如何使用、用在哪里、如何構成一個數字系統仍然很茫然。所以，這種教學方式下，學生僅僅只會全盤接受教師所教的知識，對于學生獨立思考能力、解決問題能力、應用能力的培養存在某種程度的缺失。

因此，針對上述不足，我們在現有課程內容基礎上進行了改革和調整。

2 教學內容的模塊化設計

本課程的主要教學有如下內容:邏輯函數及其化簡、晶體管的開關特性、組合邏輯電路、集成觸發器、時序邏輯電路、脈沖單元電路、大規模集成電路、A/D和D/A轉換器等。

我們在課堂授課時引入與專業相關的實例，反映當今數字電子技術的發展趨勢，以資提高學生的學習興趣;通過引入仿真軟件的學習和應用，不僅起到了與后續課程的銜接作用，也培養了學生的分析能力和實踐能力。

通過教師充分交流和設計，我們將整個教學內容劃分為基礎部分、組合邏輯、時序邏輯、脈沖波形產生和數模轉換五個模塊。同時，為了增強學生綜合能力和動手能力，我們引入若干個任務展開。每個任務在形式上是相互獨立的，但又有內在的相關聯系，其中也有與民航飛機相關的，如表1所示。當然，這些任務實現的形式是靈活多變的，既可以把一個大任務分解成若干個小任務，讓學生分組完成，然后在模塊學習結束的時候，將任務以作業的形式書面上交;也可以是教師在模塊學習結束后，結合目前飛機上使用的電路與學生一起在課堂上分析、討論。

表1 數字電子技術模塊和任務展開

下面分別以旅客廣播系統及數字式甚高頻全向信標(VOR)方位測量電路作為實例說明如下。

首先配合圖表介紹機上旅客廣播系統的作用與組成。機上旅客廣播系統是機組、乘務員可對旅客廣播、播放預錄通告、播放登機音樂和產生高/低諧音的設備。來自機組、乘務員及放音機的音頻信號，經過優先權選擇電路及放大器放大后，送到客艙內的喇叭播放。諧音信號用于提醒旅客與乘務員。當旅客呼叫乘務員時，諧音電路產生高諧音;當機組呼叫乘務員時，諧音電路產生高/低諧音;當禁止吸煙或系好安全帶告示出現時，諧音電路產生低諧音。然后，給學生布置任務:用組合邏輯電路設計優先權電路和諧音產生器電路。

下面以優先權電路為例。優先權電路實現從第一優先權(駕駛艙廣播)、第二優先權(乘務員廣播)、第三優先權(預錄通知)到第四優先權(登記音樂)的任務，其中，第一優先權最高，第四優先權最低。學生可以按照組合邏輯電路設計的思路，先進行邏輯抽象，根據實際邏輯問題的因果關系確定輸入、輸出變量，并定義邏輯狀態的含義。然后根據邏輯描述列出真值表，由真值表寫出邏輯表達式。在簡化和變換邏輯表達式后，畫出邏輯圖即可。也可以在模塊學習結束后，給出飛機上使用的旅客廣播系統原理圖，讓學生將自己的設計與實際系統設計有一個直觀的比較。

同樣，在引入數字式VOR方位測量電路任務時，先介紹系統的作用與組成。無線電導航系統中VOR方位的測量除采用機械的模擬方法外，目前多采用數字方法。其基本原理是將接收機電路輸出的基準相位30 Hz信號與可變相位30 Hz信號的相位差轉換為按時鐘頻率變化的脈沖數，以計數的脈沖個數來反映VOR方位。這里涉及到RS觸發器與計數器的應用。為了幫助學生理解任務，可以更進一步給出數字式VOR方位測量電路波形圖。在模塊學習結束后，給出數字式VOR測量方位電路圖，教師與學生一起分析?；鶞逝c可變相位30 Hz信號分別經過放大限幅后得到方波?；鶞?0 Hz方波前沿產生起始計數脈沖，加到RS觸發器S端;可變30 Hz方波前沿產生終止計數脈沖，加到RS觸發器R端。則RS觸發器輸出端Q端即輸出方位計數脈沖，其寬度代表基準與可變兩個30 Hz信號的相位差。因此，方位計數脈沖期間打開“與門”，計數器通過的時鐘脈沖個數代表了基準與可變相位30 Hz信號的相位差，從而得到VOR方位。

3 教學方法與手段改革

如何提高學生學習的自主性和學習積極性一直是課程組需要解決的一個難題。除了在課堂上注意多提出問題、增加互動環節之外，教師還積極進行教學方法與手段的改革。

(1)自由開放的課程設計。在課程開始階段，學生可以自由組合，組成一個研究團隊。教師會提出一些比較綜合性的小課題，比如表1中的任務。同時，學生也可以自己提出感興趣的課題。電路設計、工作原理、系統結構、選定芯片、查找芯片手冊、買芯片和調試等工作，都由團隊成員共同努力完成。在這期間，不僅僅是鍛煉學生動手能力，更重要的是培養學生團隊意識、社會交往能力。因為選什么芯片、到哪里去買，能否用替代芯片等，都要求學生能走出校門，到市場完成購買。在課程快結束的時候，每個團隊結合自己的研究成果，制作PPT、拿著實物向全班同學進行演示、演講。另外，在演示結束的時候，還需要回答教師和同學提出的問題。通過這種開放的課程設計，能讓學生主動參與到課程中，讓學生感到知識來源于生活，并服務于生活，提高學生學習積極性和創造性。

(2)對學生因材施教，課內與課外實踐相結合。近年來，學校和學院大量投入，構建了與“數字電子技術”理論相配套的基礎實驗中心數電實驗室。所有學生，都要求在該實驗室完成實驗。課程組與基礎實驗中心的教師就理論與實驗教學的安排、具體任務的布置進行充分、積極的溝通，協調理論課和實驗課順利開展。對于學有余力的學生，課程組教師積極鼓勵、指導他們利用課余時間參加各種競賽，如全國電子設計大賽、大學生創新創業等，提供實踐環境，增強了學生分析問題和解決問題的能力。

(3)加強網絡教學平臺的建設，增加師生之間的溝通，實現課程學習內容和輔助工具的分離。我們開發了“數字電子技術”Blackboard教學平臺。平臺上提供了多種多樣的資料，滿足不同層次學生的需要。比如，網站上提供了基本的教學資料，有教學大綱、授課教師的PPT課件、經典例題、課程設計選題等。為了突出實踐能力和創新素質的培養，網站上還提供了電子基礎應用知識、多屆全國大學生電子設計競賽題庫。為了開拓學生的學術視野，同時使本課程與后續的“現代電子系統技術”課程緊密結合，網站上為此提供了FPGA等可編程邏輯器件的相關知識以及相應的仿真實驗指導。此外，為加強研究性學習環節，以服務于民航科技發展和學生個人成長，網站上提供了全國部分大學研究生入學考試試題以及部分重點章節的練習題及答案。

4 結語

我校的“數字電子技術”課程的改革已取得一定成果，學生學習熱情增高，近五年來學生理論課的成績呈上升趨勢，如表2所示。從表中可以看出，2008-2010年，90分以上的優秀成績所占比重還比較小，2011年開始，逐年上升。特別是2012年，80分以上的優良成績要高于往屆。另外，學生在課外參加各種競賽(如全國大學生電子設計大賽)中也取得了好成績。

今后，我們將更加注重教師的培養，加強與全國高校數電課程組的溝通，借鑒國外“數字電子技術”課程教學成功經驗[7]，嘗試多樣化考核制度，并引入更多科研實例，以取得更好的教學成果。

表2 學生理論課成績

[1]鄧君香，廖向紅等.民用航空器維修機場培訓課程特色及其高職教育探索[J].天津:職業教育研究，2012，6:146-148.

[2]崔旭，徐春艷.航空維修技術人才培養模式探索與研究[J].沈陽:沈陽航空工業學院學報，2010，12:1-4.

[3]張熙，彭衛東，張德銀.機務電子專業實驗實踐教學體系構建探討[J].成都:實驗科學與技術，2007，5:61-63.

[4]曾濤，候建軍.精品課程“數字電子技術”自主學習模式研究與實踐[J].南京:電氣電子教學學報，2006，28:14-17.

[5]姚冀濤.高職航空電子設備維修專業人才培養實踐探索[J].成都:當代職業教育，2012，7:31-34.

[6]韓紹程，羅長杰.基于CDIO工程教育理念的電類基礎實驗教學改革探索[J].天津:實驗室科學，2011，14:46-47.

[7]江捷.從“數字電子技術”課程看中英兩國本科教學差異[J].南京:電氣電子教學學報，2007，29:85-87.

[8]張熙，彭衛東，張德銀.機務電子專業實驗實踐教學體系構建探討[J].成都:實驗科學與技術，2007，4:67-70.