摘 要： 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法也向著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和FPGA/CPLD發(fā)展。重慶郵電大學(xué)成立數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了系統(tǒng)的課程體系，采取多樣化的教學(xué)方法，提出“理論體系系統(tǒng)性、學(xué)科知識(shí)前沿性和工程實(shí)踐應(yīng)用性”三個(gè)特性，同時(shí)將日常教學(xué)與科技活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)了課程教學(xué)效果。
　　關(guān)鍵詞： 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程群 教學(xué)改革 教學(xué)成效
　　現(xiàn)今的時(shí)代是信息化的時(shí)代，信息化的特征就是對(duì)所有信息進(jìn)行數(shù)字化的處理，并由此構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)。所謂數(shù)字系統(tǒng)，即對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行傳送、加工、處理的電子設(shè)備。一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)既可能是一個(gè)小而簡(jiǎn)單的，又可能是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，如：數(shù)字鐘是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段完成復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越力不從心。以FPGA/CPLD為代表的大規(guī)模集成可編程邏輯器件（PLD）和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA Electronic Design Automation）設(shè)計(jì)方法，代表著現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。
　　重慶郵電大學(xué)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)從培養(yǎng)能在通信與信息領(lǐng)域從事科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造等高級(jí)工程技術(shù)人才的目的出發(fā)，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和總結(jié)，提出了層次型的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系，完善了數(shù)字系統(tǒng)系列課程內(nèi)容，理順了課程之間的銜接，提出了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列課程的建設(shè)要體現(xiàn)三個(gè)特性：理論體系的系統(tǒng)性、學(xué)科知識(shí)的前沿性和工程實(shí)踐的應(yīng)用性，并已將課程改革寫入專業(yè)的培養(yǎng)方案，在2011年9月獲得重慶市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)的稱號(hào)。
　　1.構(gòu)建系統(tǒng)的課程體系。
　　教學(xué)團(tuán)隊(duì)以現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和方法為主線，重塑了教學(xué)課程體系，構(gòu)建了以經(jīng)典數(shù)字電路課程教學(xué)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計(jì)課程教學(xué)為提升的理論和實(shí)踐教學(xué)課程相融合的體系結(jié)構(gòu)，在經(jīng)典數(shù)字電路教學(xué)中注重理論體系的邏輯性，在電子技術(shù)應(yīng)用和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的前沿性和工程實(shí)踐的應(yīng)用性。具體層次見(jiàn)圖1。
　　圖1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系圖
　　1.1注重?cái)?shù)字電路基礎(chǔ)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)課程素養(yǎng)。
　　“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是關(guān)于數(shù)字系統(tǒng)經(jīng)典電路的分析設(shè)計(jì)方法的課程，因此，課程的教學(xué)以構(gòu)筑學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)為主線、訓(xùn)練邏輯思維能力為主體。
　　針對(duì)不同專業(yè)培養(yǎng)要求，數(shù)電課程在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)上采取了不同教學(xué)方法和手段，如：通信與信息類專業(yè)側(cè)重系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)以綜合設(shè)計(jì)為主；計(jì)算機(jī)類側(cè)重外部邏輯關(guān)系和可編程PLD、淡化內(nèi)部電路原理，實(shí)驗(yàn)以應(yīng)用為主；自動(dòng)化類側(cè)重控制觀念和電氣特性，重視A/D、D/A內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)以應(yīng)用控制型為主。
　　針對(duì)我校通信學(xué)院和光電學(xué)院強(qiáng)化班學(xué)生的特點(diǎn)和教學(xué)要求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了數(shù)電課程的雙語(yǔ)教學(xué)，旨在讓學(xué)生提前掌握專業(yè)詞匯，提高閱讀外文文獻(xiàn)和自學(xué)現(xiàn)代電子技術(shù)的能力。自2005年在光電學(xué)院強(qiáng)化班進(jìn)行試點(diǎn)開(kāi)始，至今已送出6屆1000多名學(xué)生。
　　1.2強(qiáng)化現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。
　　由“可編程邏輯器件與應(yīng)用”、“單片機(jī)原理與應(yīng)用”、“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”、“DSP原理與應(yīng)用”、“嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)”、“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真”6門課程構(gòu)成現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和理論層次。該層次以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，在課程內(nèi)容的具體設(shè)置中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出開(kāi)放的思路、打破單一課程限制。如：在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)，有步驟地推進(jìn)FPGA初級(jí)應(yīng)用訓(xùn)練（原理圖的設(shè)計(jì)訓(xùn)練）；在FPGA教學(xué)時(shí)間內(nèi)，有目的地聯(lián)系數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等專業(yè)背景課程，強(qiáng)化FPGA在數(shù)字系統(tǒng)、通信領(lǐng)域等各方面的應(yīng)用能力。
　　其中，“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真”為重點(diǎn)建設(shè)課程，課程涵蓋知識(shí)面廣泛，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)綜合性設(shè)計(jì)。特別根據(jù)電子競(jìng)賽相關(guān)內(nèi)容模塊，添加了電源設(shè)計(jì)、信號(hào)源設(shè)計(jì)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)用數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。
　　2.采取多樣化的教學(xué)方法和手段，增強(qiáng)教學(xué)效果。
　　2.1形象、生動(dòng)的理論教學(xué)方法。
　　通過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)研討，團(tuán)隊(duì)形成了案例教學(xué)法、比喻教學(xué)法、啟發(fā)教學(xué)法、思維訓(xùn)練法等多種方法綜合使用的教學(xué)方法，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和興趣。以“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程為例，談?wù)劯鞣N教學(xué)方法。
　　2.1.1案例教學(xué)法。如數(shù)字電路課程教學(xué)中，學(xué)完組合邏輯與觸發(fā)器后，以三人搶答器為例，先從組合邏輯電路的設(shè)計(jì)入手，分析其功能，找出其缺陷，再添加觸發(fā)器，改進(jìn)其功能，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)電路和改進(jìn)電路的意識(shí)和愿望；在講了組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)之后，以MULTISM為仿真軟件，演示組合邏輯電路競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的險(xiǎn)象及消除方法，要求學(xué)生課后查找資料，提交仿真作業(yè)；在講完計(jì)數(shù)器后，以電子鐘設(shè)計(jì)為例，串講前面所講的譯碼器、計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣。
　　2.1.2比喻教學(xué)法。在講卡諾圖化簡(jiǎn)時(shí)以“擒賊先擒王”來(lái)說(shuō)明圈圈得越大越好；“不打落水狗”來(lái)說(shuō)明保證每個(gè)圈中至少有一個(gè)小方格不被重復(fù)圈過(guò)。
　　2.1.3啟發(fā)教學(xué)法。觸發(fā)器的講解過(guò)程中，從RS觸發(fā)器入手，講其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)其電路的缺點(diǎn)，從而提出改進(jìn)電路鐘控RS觸發(fā)器，再進(jìn)一步分析其電路優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生提出改進(jìn)電路，引出鐘控JK觸發(fā)器、鐘控D觸發(fā)器，進(jìn)一步引出主從觸發(fā)器。隨著電路一步一步地改進(jìn)，又會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此時(shí)，再以人生哲理為例，引發(fā)學(xué)生從電子技術(shù)的改進(jìn)過(guò)程中思考人生。
　　2.1.4思維訓(xùn)練法。在講中規(guī)模計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)任意模值的計(jì)數(shù)器過(guò)程中，以畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖為工具，引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)位法、置位法及進(jìn)位輸出置最小數(shù)、級(jí)聯(lián)等多種方法設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)電路的思維訓(xùn)練，從而完成數(shù)字電路時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)——任意模制的計(jì)數(shù)器均可實(shí)現(xiàn)。
　　2.2以自學(xué)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
　　為了加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力以及工程實(shí)踐能力，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的摸索，對(duì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了大力度的改革。
　　2.2.1加大實(shí)驗(yàn)課時(shí)，調(diào)整理論、實(shí)驗(yàn)課時(shí)所占比例。如數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)（56學(xué)時(shí)理論+24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）、可編程邏輯器件與應(yīng)用（16學(xué)時(shí)理論+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）、嵌入式系統(tǒng)（16學(xué)時(shí)理論+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）、DSP原理與應(yīng)用（20學(xué)時(shí)理論+20學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真（30學(xué)時(shí)理論+26學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）。
　　2.2.2從2006年開(kāi)始我們通過(guò)中央與地方共建資金、學(xué)校撥款、企業(yè)捐助的方式，建立了基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地兩級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)上采取傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的形式。教師講授基礎(chǔ)入門知識(shí)，除必須完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況自行安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
　　以“可編程邏輯器件與應(yīng)用”課程為例，必做實(shí)驗(yàn)包括：QUARTUSⅡ簡(jiǎn)介與應(yīng)用、帶使能端的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、數(shù)控分頻器的設(shè)計(jì)等，采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，由教師講授基本原理和設(shè)計(jì)思路，學(xué)生按部就班完成。該部分實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生主動(dòng)性較少，主要目的在于設(shè)計(jì)流程、軟件開(kāi)發(fā)、硬件平臺(tái)的掌握。選作實(shí)驗(yàn)包括：基于LPM-ROM的四位乘法器設(shè)計(jì)、序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管掃描顯示電路、硬件電子琴設(shè)計(jì)、數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)等。學(xué)生還可以自行擬定題目，與教師商量后進(jìn)行。該部分實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐精神和動(dòng)手設(shè)計(jì)能力。
　　3.日常教學(xué)與科技活動(dòng)有機(jī)融合
　　教學(xué)團(tuán)隊(duì)把相關(guān)課程與各類課外創(chuàng)新活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，多渠道促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
　　首先，我們從課程學(xué)習(xí)中選擇優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的培訓(xùn)。建立系統(tǒng)化的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠提升多數(shù)學(xué)生創(chuàng)新能力和一定的電子設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力，具有參加各類科技活動(dòng)最基本的素質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，選拔條件更加出眾的學(xué)生進(jìn)行后續(xù)的集中培訓(xùn)。
　　其次，根據(jù)各屆競(jìng)賽的題目和要求修改課程教學(xué)內(nèi)容。例如：在“EDA”、“可編程邏輯器件與應(yīng)用”等課程會(huì)根據(jù)的新技術(shù)的發(fā)展增加相應(yīng)的技術(shù)講座?！半娮酉到y(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與仿真”為新開(kāi)設(shè)課程，重點(diǎn)在于系統(tǒng)性應(yīng)用綜合知識(shí)，在基本模塊講完后，進(jìn)行綜合性實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，其中就包括精心選擇的各類電子競(jìng)賽試題。各類科技活動(dòng)對(duì)推動(dòng)課程教學(xué)的各項(xiàng)改革起到了促進(jìn)作用。
　　最后，我們與中國(guó)電子協(xié)會(huì)合作，進(jìn)行全國(guó)電子設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)。多渠道提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，營(yíng)造科技氛圍。
　　4.建設(shè)高水平師資隊(duì)伍
　　我校通過(guò)引進(jìn)、國(guó)內(nèi)外進(jìn)修培訓(xùn)，以及采用“以科研促教學(xué)”、“以科技競(jìng)賽促師資隊(duì)伍”、“理論實(shí)踐教學(xué)雙肩挑”的模式，加快教師隊(duì)伍的成長(zhǎng)，形成了一支以中青年為主，職稱、學(xué)歷和知識(shí)結(jié)構(gòu)合理的教師隊(duì)伍。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在特色專業(yè)建設(shè)，教學(xué)方法與手段改革，精品課程建設(shè)，教材建設(shè)（自編教材12本），自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備（自行研發(fā)設(shè)備6項(xiàng)），尤其是指導(dǎo)學(xué)生課外科技活動(dòng)、組織和參加各種科技競(jìng)賽等方面取得了很大的成績(jī)，具有較強(qiáng)的示范作用。
　　5.結(jié)語(yǔ)
　　數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列課程的教學(xué)改革獲得了較大的成功，課堂教學(xué)成效得到了顯著的提升，尤其在課外科技競(jìng)賽方面取得了豐碩的成果。2005年以來(lái)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，重慶市一等獎(jiǎng)6項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)。2008年以來(lái)，參加重慶市盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)電子設(shè)計(jì)大賽，獲得創(chuàng)意獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)7項(xiàng)、三等獎(jiǎng)5項(xiàng)。2010年，參加“高教社&XILINX杯”重慶市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽本科組7人獲得二等獎(jiǎng)、2人獲得三等獎(jiǎng)；參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，重慶賽區(qū)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。人才的培養(yǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)而艱巨的工程，我們?nèi)孕枰粩嗟靥剿?，尋求如何不斷提升學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐能力。
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