基于研究性教學的數字電路與系統實驗教學改革

孫科學　成謝鋒　劉芫健　肖建　諶靜

【摘 要】研究性教學要求教師以探究和探索的方式進行組織教學， 培養學生的好奇心和創造性。在數字電路與系統實驗教學研究性教學中，運用FPGA技術能夠激發學生學習興趣，提高學生學習效果，提升學生的探索研究能力和工程技能，為學科競賽和全國大學生電子設計大賽打下堅實的基礎。本文在研究性教學思想的指導下， 應用FPGA技術對數字電路與系統實驗教學進行研究性教學實踐， 探索實施研究性教學的教學方法。

【關鍵詞】數字電路與系統實驗；本科工程教育；研究性教學；交互式教學

【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate studentscuriosity and creativity.Using the FPGA technology studentslearning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the studentsability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.

【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching

0 引言

課程教學是高等教育的主渠道，推動課程體系創新和教學內容、方法、手段的改革，已逐漸成為高等教育創新性人才培養目標改革的趨勢之一[1-3]。電子信息類實驗教學是高等院校理工類專業學生重要的專業基礎課，也是學生在大學教育階段的主要工程性實踐環節，它對培養學生的素質和能力十分重要，實驗教學效果對學生專業技能的培養以及就業都將產生直接影響[4-8]。

數字電路與系統實驗課程是數字電路理論課程學習到工程師轉換的一座重要的實踐橋梁。我們采用研究性教學模式為了進一步提升學生的創新意識和創新能力，創立類似科學研究的氛圍，以引起學生深刻體驗和共鳴。通過該實踐環節的磨礪，使學生鞏固和加深對數字電路和模數混合系統的理解，增強工程應用和工程實踐能力，為學生參加全國大學生電子設計大賽打下了堅實的基礎。電工電子實驗系列課程是南京郵電大學獨立設置的實驗實踐課程，也是重要的學科基礎課程；同時也是理論性、實踐性和工程技術性都很強的必修課程；是江蘇省重點建設課程和省級精品課程。本文在研究性教學思想的指導下， 應用FPGA技術對數字電路與系統實驗教學進行研究性教學實踐， 探索實施研究性教學的教學方法。

1 授課內容的變化

目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應用前景，它和DSP及CPU并稱為電子系統的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結構先進、支持在線編程、應用靈活、集成度高、功能強大、設計周期短、開發成本低、開發工具先進、產品標準化程度高、性能穩定以及可在線檢驗等優點，被廣泛應用于通信、儀器儀表、工業控制、信息處理等系統的設計與生產中。而掌握CPLD/FPGA設計技術已成為當今硬件工程師和IC設計工程師的必備技能。

在授課內容上體現了繼承與發展。即：繼承基于中小規模集成的電路設計并實現數字電路，發展目前產業常用的CPLD/FPGA實現數字電路。通過本課程授課內容的更新，使學生通過本課程掌握VHDL的程序設計方法與CPLD/FPGA的硬件設計與實現方法，培養在硬件、軟件方面獨立分析問題、解決問題的能力。

通過授課內容的變化，使學生既掌握設計與調測基于中小規模集成電路的方法，鍛煉學生的基本電路的調測和差錯能力，同時訓練學生掌握新技術、新工藝和新軟件，為學生解決復雜工程問題提供必要的知識積累。

2 授課形式的變化

依托我校電子科學與技術國家級實驗中心平臺，并結合授課教師的科研背景，我們編寫了偏重與基礎實驗技術與工程應用的普通高等院校電工電子實驗實踐系列教材，通過具有代表性的工程案例，強化電工電子實驗課程的工程技術性，并形成電工電子實驗技術知識體系。同時積極完善該課程的教學視頻、電子教案、綜合芯片數據表文件、實驗案例以及工程案例等線上資源，保證課程的系統性與完整性。

在授課形式上打通理論課和實踐課程的鴻溝，將數字電路理論課中的設計報告和研究報告在實踐課程中加以實現。要求實驗報告都要以科技論文的形式書寫，盡早鍛煉學生的實驗設計能力和文字表達能力，提升學生的研究和溝通能力。

3 考核形式的變化

針對研究性教學的形式，我們構建了多元化的考核方式。評分標準既包括了平時實驗報告的提交與報告質量、實驗操作情況、期中考試成績和期末考試成績，同時還包括了交互式學習的內容。在傳統的“平時+期中+期末”考核方式的基礎上，加入了平時實驗操作成績?？荚嚭推谥袦y驗允許學生攜帶自行準備的參考資料進入考場，同時試卷分為實踐部分（60分）和實驗技術與實驗理論部分（40分）。同時，由學生自主完成各種創新實驗，培養學生的工程實踐能力和創新能力。這種靈活的考核模式，有利于學生鍛煉工程實踐能力，完備學生的電子電路設計與實現的知識體系。

4 結束語

針對學生在工程實踐、創新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電工電子實驗實踐課程中引入研究型教學模式，以有效地培養學生的創新能力。改進教學內容，切實倡導以學生為主體的教學模式，促使學生主動學習，獨立思考，營造了良好的學習氛圍。該教學改革的實施有力地推動了我校實踐教學課程教學體系的改革與創新，學生參加創新實踐活動積極踴躍，表現出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎項越來越多。我校在大學生電子設計大賽、挑戰杯、全國大學生機器人大賽和美國機器人公開賽等重要賽事中，屢創佳績，近3年來獲得省級以上大學生電子類設計競賽獎共計近200項，其中國家級90余項?；谘芯啃偷臄底蛛娐放c系統實驗實踐課程改革有效地提升了學生的綜合素質和創新能力。

【參考文獻】

[1]許曉東，卞良.本科工程教育研究性教學探索與實踐[J].高等工程教育研究. 2014（2）：43-49

[2]成謝鋒，郭宇鋒，黃麗亞，肖建，孫科學.大電子實驗教學平臺建設和教學方式的改革[J].實驗室研究與探索，2015（9）：164-167.

[3]K-xue Sun，Yu-han Cheng，Xie-feng Cheng and Jian Xiao.Massively open online courses effective practices on engineering education.2015 International Conference on Education，Management and Systems Engineering（EMSE2015）.2015（8）：127-130

[4]郭志雄.電工電子實踐教學改革的探索與實踐[J].教育與職業，2013（2）：155-156.

[5]李錫，林連山，麻志濱，樊薇薇.加強實驗教學改革與創新，推動電工電子實驗中心建設[J].實驗技術與管理，2012（7）：118-120.

[6]孫科學，張瑛，唐珂，肖建，成謝鋒.基于FPGA的電工電子實踐課程的改革與探索[J].電子制作，2015（15）：68-70.

[7]邱欣寅，袁志騫.應用型本科FPGA課程教學模式的探索[J].教育教學論壇，2014（5）：210-211.

[8]周莉莉，周淑閣，井娥林.FPGA課程教學方法的探討與研究[J].實驗室科學，2013（3）：65-66.

[責任編輯：田吉捷]