馬曉虹 尹向雷

陜西理工學(xué)院 陜西漢中 723003

數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索

馬曉虹 尹向雷

陜西理工學(xué)院 陜西漢中 723003

針對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生創(chuàng)新能力有待提高的問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施等方面提出教改方案。實(shí)踐證明，學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力明顯增強(qiáng)，達(dá)到了教學(xué)改革目的。

數(shù)字電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革；創(chuàng)新能力

Abstract: For improving the innovation of students in digital electronic experiment, experiment method had been proposed. Suggestions of innovating the experiment was proposed from the experiment teaching content, experiment teaching means and experimental concrete implementation etc. As the fact proved, the ability in analyzing and solving practical problems of students had been improved. The goal of teaching had achieved.

Key words: digital electronic technique; experimental teaching; reform; innovation ability

數(shù)字電子技術(shù)是電子、通信、電氣信息類等專業(yè)的核心基礎(chǔ)課之一，是一門實(shí)踐性、理論性均很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程。隨著各類新型可編程器件的出現(xiàn)，如CPLD，ISP，EDA仿真軟件等。這些新技術(shù)不管是在驗(yàn)證理論、加深學(xué)生對(duì)理論理解方面，還是在實(shí)驗(yàn)進(jìn)度方面、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面、實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)安全方面，都對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有非常好的互補(bǔ)性[1]。因?yàn)閿?shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式發(fā)生了很大的改變，學(xué)生在創(chuàng)新能力方面就顯得不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性也要進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)的改革。因此加強(qiáng)數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，是高校理工科專業(yè)教學(xué)的首要任務(wù)。為了達(dá)到這一目的，文章從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段以及實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施等方面對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提出幾點(diǎn)建議。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重中之重，其設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，筆者從以下幾方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革。

1.1 正確發(fā)揮各類實(shí)驗(yàn)的作用

對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，可以分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)等三類實(shí)驗(yàn)[2]。應(yīng)該以重視基礎(chǔ)、發(fā)揮能力為原則，正確發(fā)揮這幾類實(shí)驗(yàn)的作用。

1.1.1 擴(kuò)展和豐富基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是針對(duì)某知識(shí)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)基本的實(shí)驗(yàn)技能所必須具有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，也是其他各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的重要基礎(chǔ)。通過(guò)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的基本原理、方法及實(shí)驗(yàn)過(guò)程，熟練掌握信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表等常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的使用，電路故障查找、排除方法，牢固掌握實(shí)驗(yàn)的基本理論、規(guī)范基本實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理方法，并學(xué)會(huì)如何撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

以前我校的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課只進(jìn)行TTL和CMOS數(shù)字集成器件邏輯功能的測(cè)試，現(xiàn)在增加了包括高低電平輸入電流、高低電平輸出電源電流、輸入短路電流、平均傳輸遲延、電壓傳輸特性、空載導(dǎo)出功耗、空載截止功耗、扇出系數(shù)等參數(shù)在內(nèi)的TTL和CMOS數(shù)字集成器件參數(shù)的測(cè)試。特別是在進(jìn)行電壓傳輸特性曲線的繪制時(shí)，可以讓學(xué)生充分理解集成器件的輸入輸出特性之間的非線性關(guān)系，從而進(jìn)一步理解電平和電壓概念之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中用到了信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表等電子儀器，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)也同時(shí)由兩個(gè)學(xué)時(shí)增加到4個(gè)學(xué)時(shí)。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生熟練掌握了常用電子儀器的使用方法、常用電子元器件的參數(shù)測(cè)試，為以后的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

1.1.2 加大設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是針對(duì)某章內(nèi)容而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，其著重培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、制作等方面的創(chuàng)新能力。這類實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的目的，也是在為以后的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，對(duì)工科學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，應(yīng)加大力度，重點(diǎn)培養(yǎng)。因?yàn)槿鄙倭嗽O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也就缺少了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，例如交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì)、60秒計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)等，實(shí)驗(yàn)教師只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)的基本要求，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)線路，自己選擇實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，經(jīng)指導(dǎo)教師簽字同意后予以實(shí)施。整個(gè)設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程完全由學(xué)生自己動(dòng)手。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系得愈加緊密，愈能激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與能動(dòng)性，從而更容易提高學(xué)生的基本技能。

綜合性實(shí)驗(yàn)是針對(duì)某幾個(gè)章節(jié)內(nèi)容而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容可以涉及幾個(gè)理論教學(xué)單元，著重于幾個(gè)理論教學(xué)單元相互之間的聯(lián)系。綜合性實(shí)驗(yàn)是以培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力為根本目的，它可以起到把所學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通的作用。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和提高綜合素質(zhì)的目的放在首要位置。

1.2 延伸性實(shí)驗(yàn)階段

我們面向全院學(xué)生開設(shè)了電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程，并結(jié)合“‘飛思卡爾’杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽”“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“高校挑戰(zhàn)杯大賽”等比賽，將數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)以及單片機(jī)等幾方面內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步將先進(jìn)的CPLD/ FPGA器件和EDA技術(shù)應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、電子系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)及仿真、CPLD/FPGA數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等幾個(gè)現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)方法。近幾年來(lái)，我院參加全國(guó)“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽的成績(jī)逐年提高。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段方面

2.1 引入先進(jìn)的EDA技術(shù)

EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境是一個(gè)虛擬模式下的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是一個(gè)理想化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。EDA技術(shù)的出現(xiàn)不僅為電路設(shè)計(jì)提供了一種嶄新的模式，而且它所提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境更是電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的全新模式。它不但提供了豐富的分立元件和集成元器件，而且還提供了最先進(jìn)的儀器設(shè)備。在使用時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)元器件接觸不良、損壞等不良因素。對(duì)于抽象晦澀的變化過(guò)程，它還可以通過(guò)波形、圖像等形式生動(dòng)、形象、直觀地顯示出來(lái)，既便于學(xué)生理解，又節(jié)省了經(jīng)費(fèi)。

幾年來(lái)的改革實(shí)踐證明，將仿真軟件應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅加深了學(xué)生對(duì)基本概念、基本原理的理解，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)所用元器件和實(shí)驗(yàn)儀器缺乏所帶來(lái)的不足，避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的損耗，還節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

2.2 制作網(wǎng)絡(luò)課件，引入網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)儀器的使用是最基本的。但很多學(xué)生因?yàn)闆](méi)有掌握好儀器的使用方法，以至于花費(fèi)大量的時(shí)間在儀器使用上，甚至有些學(xué)生因?yàn)椴粫?huì)使用儀器而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供一種互動(dòng)，將各種電子儀器的使用方法做成課件掛在網(wǎng)上，讓學(xué)生在進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前，先學(xué)習(xí)儀器的使用方法，再來(lái)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件環(huán)境下驗(yàn)證。既有利于學(xué)生系統(tǒng)掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，又節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效果。

2.3 成立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和電子設(shè)計(jì)興趣小組

為有進(jìn)一步發(fā)展需要的學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新場(chǎng)所，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和領(lǐng)導(dǎo)才能的優(yōu)秀人才，我們還成立了電子設(shè)計(jì)興趣小組和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生可以自擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后在實(shí)驗(yàn)室教師的指導(dǎo)下，開展設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生把課堂上所學(xué)的基本方法、概念理解和掌握得更徹底，并結(jié)合校內(nèi)外創(chuàng)新項(xiàng)目、電子設(shè)計(jì)大賽、“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽等大賽，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與創(chuàng)造性，充分展現(xiàn)學(xué)生內(nèi)在的創(chuàng)造力與學(xué)習(xí)力，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力[4]。

3 實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施

實(shí)驗(yàn)可分為預(yù)習(xí)、驗(yàn)證、總結(jié)等三個(gè)階段[5]。

預(yù)習(xí)階段，對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是在網(wǎng)絡(luò)課件上提前學(xué)習(xí)芯片的測(cè)試方法、工作條件以及各種常用電子儀器的使用方法等；對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求熟悉所需知識(shí)，能根據(jù)大綱進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析計(jì)算；對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，除過(guò)上述要求外，還需要進(jìn)行方案評(píng)估與設(shè)計(jì)，并用EDA仿真軟件提前模擬。因?yàn)轭A(yù)習(xí)階段是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，它的好壞將直接影響實(shí)驗(yàn)效果，所以對(duì)于任何層次的實(shí)驗(yàn)都必須有相應(yīng)的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

驗(yàn)證階段，主要是考查學(xué)生對(duì)方案的驗(yàn)證能力、故障查找和排除能力等實(shí)際操作能力。因?yàn)閷W(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較生疏，所以故障率就比較高，也沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。這時(shí)候，指導(dǎo)教師的任務(wù)就非常重，要引導(dǎo)學(xué)生掌握故障分析方法，并教會(huì)學(xué)生如何正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

總結(jié)階段，要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理、總結(jié)以及實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)等幾個(gè)方面。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，以提高學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)素質(zhì)為前提，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面不斷做出大膽的改革和創(chuàng)新，學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力明顯增強(qiáng)。2010年，我校學(xué)生在第五屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽西部賽區(qū)的比賽中，共獲得1個(gè)一等獎(jiǎng)，3個(gè)二等獎(jiǎng)，2個(gè)三等獎(jiǎng)；全國(guó)比賽1個(gè)二等獎(jiǎng)。2011年我校學(xué)生在第六屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽西部賽區(qū)的比賽中，共獲得4個(gè)一等獎(jiǎng)，1個(gè)二等獎(jiǎng)，1個(gè)優(yōu)勝獎(jiǎng)；全國(guó)比賽3個(gè)一等獎(jiǎng)。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果明顯，總體達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

[1] 李升源,劉宏,周克良.電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的互補(bǔ)性[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2010,27(4):74-76.

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Research on training of students’ innovation in experimental teaching of digital electronic technology

Ma Xiaohong, Yin Xianglei
Shaanxi university of technology, Hanzhong, 723003, China

2012-04-08

馬曉虹，碩士，實(shí)驗(yàn)師。尹向雷，碩士，講師。

陜西理工學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目(編號(hào)：XJG1126)。