黃 睿，金彥亮，黃 微

（上海大學(xué)，上海 200444）

“數(shù)字電路”是電子信息與通信專業(yè)的基礎(chǔ)課程，旨在讓學(xué)生建立對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的基本概念，熟悉常用的基本器件，掌握基本的分析方法，從而掌握實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。課程知識(shí)點(diǎn)多，包括基本的數(shù)制、邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路，以及計(jì)數(shù)器、移位寄存器應(yīng)用等[1]。一方面，由于上海大學(xué)實(shí)行三學(xué)期制，每個(gè)學(xué)期只有10 周，“數(shù)字電路”課程每周安排6 學(xué)時(shí)，學(xué)生要在60 個(gè)學(xué)時(shí)中學(xué)好本門課程，難度較大。另一方面，傳統(tǒng)的“數(shù)字電路”教學(xué)以課堂講授為主，教師使用板書、PPT 及多種現(xiàn)代化多媒體手段進(jìn)行教學(xué)，雖然能將課程理論知識(shí)比較系統(tǒng)地教授給學(xué)生，但不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)，課程重點(diǎn)偏向電路功能的分析，學(xué)生對(duì)如何設(shè)計(jì)實(shí)際電路缺乏認(rèn)知，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思辨思維，無法滿足為集成電路產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)復(fù)合型、實(shí)用型人才的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需求[2]。

一、課程項(xiàng)目實(shí)踐

為推動(dòng)“數(shù)字電路”的教學(xué)從理論走向?qū)嵺`，借鑒案例教學(xué)[3]、多元化教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)[4]，上海大學(xué)將課程項(xiàng)目引入教學(xué)過程。經(jīng)過廣泛討論、調(diào)研，教師為學(xué)生制定了多個(gè)課程項(xiàng)目供選擇。這些項(xiàng)目大部分來源于生活，更能激發(fā)學(xué)生興趣，如“紳士廁所邏輯電路設(shè)計(jì)”。紳士廁所是一種新概念廁所，通過將男廁使用率較低的馬桶間與女廁共享，提高廁所使用率。馬桶間建在男女廁中間一排，兩側(cè)都有門，只要一側(cè)開啟或鎖上，另一側(cè)的門就會(huì)上鎖，如此就不會(huì)造成另一側(cè)誤入的狀況。課程項(xiàng)目要求學(xué)生設(shè)計(jì)馬桶間兩側(cè)的開關(guān)門控制電路，用D 觸發(fā)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該廁所的門禁邏輯，并用LED 燈表示廁所門禁的狀態(tài)。學(xué)生需要按照功能要求，自行設(shè)計(jì)出合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖并加以實(shí)現(xiàn)。由此，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)生利用學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)去解決實(shí)際工程問題。課程項(xiàng)目的實(shí)施流程如圖1所示。

具體項(xiàng)目在課程開始的第一周發(fā)布，第二周學(xué)生確定選題。課程伊始，學(xué)生往往會(huì)對(duì)項(xiàng)目毫無頭緒，不知從何入手。但隨著課程的推進(jìn)，理論知識(shí)的積累和學(xué)習(xí)資料的查閱，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目會(huì)形成初步規(guī)劃。學(xué)生在電路設(shè)計(jì)過程中不可避免會(huì)遇到陌生的知識(shí)點(diǎn)。面對(duì)難點(diǎn)，學(xué)生會(huì)帶著解決實(shí)際問題的迫切需求查閱資料，詢問教師。這種以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式更有利于學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，更深刻地掌握理論知識(shí)。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，強(qiáng)調(diào)過程性考核。學(xué)生需要首先使用Multisim 進(jìn)行電路仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的電路是否合乎項(xiàng)目要求。教師在課堂中對(duì)于Multisim 如何使用不做介紹，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)。在電路功能仿真的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生上交項(xiàng)目中期報(bào)告。教師對(duì)報(bào)告進(jìn)行評(píng)閱打分，分值將作為項(xiàng)目最終評(píng)分的一部分。通過中期報(bào)告，教師能及時(shí)掌握學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展情況，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)，有效防止了部分學(xué)生在學(xué)期末“搞突擊”“搭便車”。在仿真通過后，學(xué)生才能進(jìn)入實(shí)際的電路焊接、調(diào)試階段。在項(xiàng)目結(jié)束前，學(xué)生提交項(xiàng)目的最終報(bào)告，并準(zhǔn)備項(xiàng)目驗(yàn)收。學(xué)生將現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)物電路演示并回答教師提問?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、答辯情況及項(xiàng)目的中期、最終報(bào)告均按百分比納入平時(shí)成績(jī)。圖2 和圖3 分別為學(xué)生所做“紳士廁所邏輯電路設(shè)計(jì)”項(xiàng)目的Multisim 仿真電路圖和實(shí)物電路圖?？梢钥吹?，課程項(xiàng)目激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其努力將數(shù)字電路理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際功能的實(shí)物電路，不但鞏固了理論基礎(chǔ)，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，也培養(yǎng)了學(xué)生迎難而上的鉆研精神。

圖1 課程項(xiàng)目的實(shí)施流程

課程項(xiàng)目有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和思辨能力。面對(duì)實(shí)際的項(xiàng)目需求，學(xué)生首先需要將電路的功能描述轉(zhuǎn)化為邏輯描述；其次對(duì)邏輯描述進(jìn)行邏輯變換，得到邏輯狀態(tài)表、邏輯方程、邏輯圖；再其次進(jìn)行Multisim 仿真，驗(yàn)證電路是否滿足需求；最后通過焊接、調(diào)試電路完成項(xiàng)目。整個(gè)課程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了理論指導(dǎo)實(shí)踐，再在實(shí)踐中領(lǐng)悟理論的不間斷學(xué)習(xí)過程。學(xué)生通過查找資料，發(fā)現(xiàn)有多種電路可以實(shí)現(xiàn)該功能。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施中會(huì)碰到各種問題，如，如何選擇方案、不同功能模塊如何連接、電路故障如何調(diào)試等。教師要求學(xué)生在最終項(xiàng)目報(bào)告中對(duì)典型問題進(jìn)行總結(jié)，闡述對(duì)這些問題的分析和解決方案。學(xué)生在解決這些問題時(shí)所進(jìn)行的大量思考和實(shí)踐將提升他們的工程實(shí)踐能力。

圖2“紳士廁所邏輯電路設(shè)計(jì)”項(xiàng)目Multisim 仿真電路

圖3“紳士廁所邏輯電路設(shè)計(jì)”項(xiàng)目實(shí)物電路

同時(shí)，課程項(xiàng)目注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)生自由組隊(duì)，形成項(xiàng)目小組。項(xiàng)目實(shí)施過程中，各項(xiàng)目組充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，自主分工，自主確定項(xiàng)目進(jìn)度。由于項(xiàng)目考核是以小組為單位，因此教師要求學(xué)生在最終項(xiàng)目報(bào)告中確定每個(gè)組員的分工內(nèi)容和貢獻(xiàn)百分比，該百分比將反映在個(gè)人的項(xiàng)目成績(jī)中。大部分學(xué)生在確定貢獻(xiàn)百分比時(shí)是嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的，該機(jī)制有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生參與項(xiàng)目的積極性。

此外，在整個(gè)教學(xué)過程中，建立了通暢的師生交流渠道。QQ 課程群、學(xué)習(xí)通平臺(tái)及電子郵件等方式，方便學(xué)生提出問題、意見和建議，師生間形成了良好的互動(dòng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困惑能及時(shí)得到解決，教師也能根據(jù)學(xué)生的反饋及時(shí)梳理教學(xué)思路，完善教學(xué)方法。同時(shí)，教師還重視學(xué)生在項(xiàng)目報(bào)告中表達(dá)的心得體會(huì)，其中對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)和思考是課程項(xiàng)目開展效果評(píng)估的重要參考。根據(jù)學(xué)生的反饋和建議，教師對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、要求進(jìn)行調(diào)整，使課程項(xiàng)目在推動(dòng)課程從理論走向?qū)嵺`的過程中發(fā)揮最大的作用。

二、課程項(xiàng)目量化考核與成績(jī)分析

（一）項(xiàng)目考核指標(biāo)

在“數(shù)字電路”課程的考核中，有意識(shí)地提升課程項(xiàng)目所占比重。課程成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、項(xiàng)目成績(jī)和考試成績(jī)組成，三者所占百分比分別為10%、30%和60%。其中，項(xiàng)目成績(jī)包括中期報(bào)告、最終報(bào)告和實(shí)物電路驗(yàn)收三部分。兩份報(bào)告分別占項(xiàng)目成績(jī)的10%和30%，驗(yàn)收占60%。教師提供報(bào)告模板，要求學(xué)生在報(bào)告中必須體現(xiàn)電路設(shè)計(jì)圖、具體實(shí)驗(yàn)步驟、小組分工等內(nèi)容，但兩份報(bào)告又各有側(cè)重。中期報(bào)告關(guān)注實(shí)驗(yàn)方案的確定和器件選用，最終報(bào)告則強(qiáng)調(diào)實(shí)物電路的實(shí)現(xiàn)步驟，以及電路焊接和調(diào)試過程中遇到的各種問題的分析和解決方案。圖4 和圖5 分別為兩份報(bào)告的模板截圖。

圖4 中期報(bào)告模板

圖5 最終報(bào)告模板

在實(shí)物電路驗(yàn)收過程中，要求小組成員必須全體到場(chǎng)參加實(shí)物電路的演示，回答教師提問。驗(yàn)收按照功能實(shí)現(xiàn)、性能指標(biāo)、工程規(guī)范和理論知識(shí)四部分評(píng)分，每部分分值比例為25%。功能實(shí)現(xiàn)考查項(xiàng)目組是否完成項(xiàng)目要求；性能指標(biāo)考查項(xiàng)目完成的質(zhì)量；工程規(guī)范考查實(shí)物電路板的焊接、布線是否符合規(guī)范；理論知識(shí)則考查組員對(duì)相關(guān)電路理論知識(shí)的掌握情況。教師基于以上幾點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目小組進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)分。

項(xiàng)目成績(jī)按小組評(píng)分，而個(gè)人成績(jī)需在小組評(píng)分基礎(chǔ)上根據(jù)每個(gè)人的項(xiàng)目貢獻(xiàn)百分比來確定。以某5 人小組為例：中期報(bào)告80 分，最終報(bào)告83 分，驗(yàn)收85 分，則小組項(xiàng)目成績(jī)?yōu)?0×0.1+83×0.3+85×0.6=83.9 分；甲、乙、丙、丁、戊5 個(gè)人的貢獻(xiàn)率分別為22%、20%、20%、20%和18%，則5 個(gè)人的項(xiàng)目成績(jī)分別為：甲=83.9×5×0.22=92.29 分，乙= 丙= 丁=83.9×5×0.2=83.9 分，戊=83.9×5×0.18=75.51 分。

圖6 2019 和2020 學(xué)年課程項(xiàng)目成績(jī)分布情況

（二）項(xiàng)目成績(jī)分析

教師以課程項(xiàng)目的完成情況作為“數(shù)字電路”課程目標(biāo)達(dá)成與否的依據(jù)，提出針對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理方面的復(fù)雜工程問題，能夠借助文獻(xiàn)研究，運(yùn)用專業(yè)基本原理，分析多種工程方案的優(yōu)劣及其影響因素，獲得有效結(jié)論。通過項(xiàng)目和小組間的學(xué)習(xí)能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、解釋和總結(jié)，通過具體的實(shí)踐過程，檢驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)并鍛煉協(xié)作能力，得到物理性的結(jié)論。

以2019 和2020 學(xué)年為例，研究人員分析了連續(xù)兩年的課程項(xiàng)目成績(jī)情況。兩年中，課程項(xiàng)目平均得分為86.2 分和86.8 分，圖6 給出了具體的分值分布情況?？梢钥吹剑蟛糠謱W(xué)生都能完成課程項(xiàng)目，達(dá)到項(xiàng)目的基本要求。這說明，一方面，項(xiàng)目的選題和內(nèi)容要求是可行的，部分知識(shí)需要學(xué)生自學(xué)，但也在他們能力范圍之內(nèi)。另一方面，項(xiàng)目也具有一定的難度，要達(dá)到令人滿意的成績(jī)是不容易的。雖然兩年的平均分差別不大，但學(xué)生的成績(jī)分布卻有較大差異。特別是對(duì)比80 分以上學(xué)生的分布，2020學(xué)年有更多的學(xué)生成績(jī)?cè)?0 分以上。這說明學(xué)生在具體的課程項(xiàng)目中對(duì)“數(shù)字電路”基礎(chǔ)理論有較好的掌握，對(duì)多種工程方案有分析和選擇，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能進(jìn)行合理的分析、解釋和總結(jié)。成績(jī)分布的進(jìn)一步優(yōu)化與課程的“考核—反饋—改進(jìn)”機(jī)制密不可分。根據(jù)2019 學(xué)年的課程班反饋，教師在課程項(xiàng)目發(fā)布時(shí)除了對(duì)每個(gè)項(xiàng)目要求簡(jiǎn)要介紹外，還對(duì)項(xiàng)目的重難點(diǎn)進(jìn)行了提示，幫助學(xué)生更好更快地切入項(xiàng)目。同時(shí)，課程報(bào)告也反映出學(xué)生對(duì)課程項(xiàng)目的認(rèn)可。學(xué)生普遍認(rèn)為課程項(xiàng)目具有趣味性和實(shí)用性，貼近生活，將理論與實(shí)踐很好地結(jié)合了起來；通過課程項(xiàng)目培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力和知識(shí)的獲取、吸收和轉(zhuǎn)化能力，既鍛煉了思維能力也鍛煉了動(dòng)手能力；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了鍛煉和提高，能夠更好地溝通和交流，互幫互助，各司其職，共同攻克難關(guān)。

“數(shù)字電路”課程項(xiàng)目的開展推動(dòng)了教學(xué)從理論走向?qū)嵺`，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到很大提高，課程項(xiàng)目促使學(xué)生將“數(shù)字電路”理論知識(shí)與工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)概念的認(rèn)識(shí)和理解，而項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)的各種實(shí)際工程問題也推動(dòng)學(xué)生從工程角度進(jìn)行思考。