湖南工學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院 湯群芳 姚勝興 劉海波

基于“卓越計(jì)劃”的數(shù)字電子技術(shù)課程探究式項(xiàng)目教學(xué)研究

湖南工學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院 湯群芳 姚勝興 劉海波

本文針對(duì)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)—強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，提出了“數(shù)字電子技術(shù)”課程探究式項(xiàng)目的教學(xué)方法。該方法按工程問(wèn)題、工程案例和工程項(xiàng)目組織教學(xué)內(nèi)容，將理論講解和工程實(shí)踐相結(jié)合，并輔助完成工程項(xiàng)目。本文提出的方法在在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力方面取得了良好的效果。

探究式；項(xiàng)目教學(xué)法；數(shù)字電子技術(shù)

1.引言

2010年，為落實(shí)國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃，教育部推出卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃。湖南工學(xué)院以此為契機(jī)，在2012年申報(bào)自動(dòng)化專業(yè)為教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)專業(yè)并獲批準(zhǔn)，從2012年開始招收“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)驗(yàn)班?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計(jì)劃”的培養(yǎng)特點(diǎn)之一是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電子類專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課程，同時(shí)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和工程性，傳統(tǒng)的教學(xué)方式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力效果并不理想，為此，筆者提出了基于“卓越計(jì)劃”的“數(shù)字電子技術(shù)”課程探究式項(xiàng)目教學(xué)。該方法按工程問(wèn)題、工程案例和工程項(xiàng)目組織教學(xué)內(nèi)容，將理論講解和工程實(shí)踐相結(jié)合，并輔助完成工程項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力及創(chuàng)新合作意識(shí)。

2.數(shù)字電子技術(shù)探究式項(xiàng)目教學(xué)

探究式項(xiàng)目教學(xué)法是一種培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用能力教學(xué)模式，數(shù)字電子技術(shù)的課程具有知識(shí)點(diǎn)多、元器件種類繁多、記憶難度大和應(yīng)用性很強(qiáng)的特點(diǎn)，非常適合采用探究式項(xiàng)目教學(xué)。第一，通過(guò)探究式項(xiàng)目教學(xué)法，學(xué)生會(huì)主動(dòng)去學(xué)習(xí)元器件的工作原理及如何使用使用，區(qū)分元器件之間的不同，在應(yīng)用實(shí)踐中加深對(duì)元器件的認(rèn)知。第二，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)和完成項(xiàng)目，在實(shí)踐中摸索，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，在過(guò)程中學(xué)習(xí)，加深對(duì)零散知識(shí)點(diǎn)的理解，提高對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力。

圖1 探究式項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施框圖

數(shù)字電子技術(shù)探究式項(xiàng)目教學(xué)主要分為三個(gè)部分：課內(nèi)理論知識(shí)講解、課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作和課程考核，如圖1所示。在課堂教學(xué)中，理論知識(shí)的講解是以項(xiàng)目展開的，教師以完成項(xiàng)目為目標(biāo)，引出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，同時(shí)完成此知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目模塊的設(shè)計(jì)，仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在課外，我們提供6個(gè)項(xiàng)目供學(xué)生選擇，規(guī)定必須以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的形式自主選擇并完成項(xiàng)目，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)限制在5人以內(nèi)，并推選一人作為負(fù)責(zé)人。學(xué)生根據(jù)自己的興趣選題，并根據(jù)能力來(lái)完成項(xiàng)目，而教師則根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的基本要求，指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目，其中對(duì)難度相對(duì)較大和內(nèi)容復(fù)雜的項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目研究。

3.探究式項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過(guò)程

3.1課內(nèi)理論知識(shí)的講解

課堂知識(shí)講解我們?cè)谑紫冉榻B邏輯代數(shù)和邏輯門相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)后，引入工程實(shí)際問(wèn)題，如“各種競(jìng)賽和娛樂(lè)節(jié)目中使用的搶答器如何實(shí)現(xiàn)？”，接著選取“八路智力搶答器設(shè)計(jì)”作為一個(gè)貫穿課程整體的項(xiàng)目。八路智力搶答器的設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，我們將它分解成秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、計(jì)時(shí)電路、控制電路、譯碼顯示電路、報(bào)警電路五個(gè)模塊。這5個(gè)模塊的知識(shí)分布涵蓋了數(shù)字電子技術(shù)課程的核心知識(shí)點(diǎn)，如秒脈沖產(chǎn)生電路涵蓋在脈沖產(chǎn)生與整形電路中，計(jì)時(shí)電路是時(shí)序邏輯電路的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，譯碼顯示電路涵蓋在組合邏輯電路中等。我們?cè)谧龈鱾€(gè)模塊的設(shè)計(jì)前先鏈接到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，然后再根據(jù)掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)單元模塊，并利用multisim進(jìn)行仿真驗(yàn)證，各個(gè)單元電路設(shè)計(jì)再形成整體電路設(shè)計(jì)，最終完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，同時(shí)圍繞本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)的展開的知識(shí)講解基本涵蓋本門課程的教學(xué)內(nèi)容。這種理論講解和工程實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)模式有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生目標(biāo)明確，有利于提高工程應(yīng)用能力和學(xué)習(xí)效果。

圖2 八路智力搶答器設(shè)計(jì)框圖

3.2課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)及制作

探究式項(xiàng)目教學(xué)除了在課堂內(nèi)理論知識(shí)講解中引入項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)之外，為了進(jìn)一步增加學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，使學(xué)生更多的投入到學(xué)習(xí)中，在課堂外還給學(xué)生布置一些自擬題目的項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

教師把學(xué)生按5個(gè)人一組進(jìn)行分組，每個(gè)小組設(shè)立一個(gè)組長(zhǎng)，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)給每個(gè)組員分配工作，召集組員進(jìn)行討論問(wèn)題。各組組員在分配時(shí)盡量學(xué)習(xí)程度好的和學(xué)習(xí)程度一般的相互搭配，避免學(xué)習(xí)程度好的同學(xué)聚集的情況，同時(shí)學(xué)習(xí)好的學(xué)生可加深了對(duì)知識(shí)的理解，學(xué)習(xí)一般的學(xué)生也有進(jìn)步。

教師通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)書向每組下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)， 項(xiàng)目盡量從實(shí)際生活中選取，且盡可能多應(yīng)用課堂上所學(xué)知識(shí)。 項(xiàng)目功能設(shè)計(jì)上教師控制項(xiàng)目難易程度和實(shí)現(xiàn)過(guò)程的復(fù)雜程度，比如所用的器件參數(shù)能否實(shí)現(xiàn)提出的技術(shù)指標(biāo)，安裝技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)電路正常工作等。同時(shí)我們把項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能分為兩個(gè)部分，基本功能和擴(kuò)展功能，對(duì)于創(chuàng)新思想活躍的組，鼓勵(lì)他們積極參與創(chuàng)新活動(dòng)，爭(zhēng)取能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，對(duì)于創(chuàng)新思想不夠活躍的組，鼓勵(lì)學(xué)生自主完成資料的查找，電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)基本功能。由于自動(dòng)化卓越班總共有30人，每5人一組，所以設(shè)計(jì)了6個(gè)課題，具體見表1所示。

表1 項(xiàng)目及功能要求表

此項(xiàng)目的進(jìn)行過(guò)程是跟理論課同時(shí)進(jìn)行的，在第6周教師即把任務(wù)下達(dá)每組，各組通過(guò)查閱大量資料，討論并設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的總體方案；然后在學(xué)習(xí)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)按題目所涉及的內(nèi)容進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)并仿真；到第16周，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講解基本完成，各單元電路設(shè)計(jì)也相應(yīng)完成，此時(shí)學(xué)生進(jìn)行總體電路設(shè)計(jì)并仿真，同時(shí)按仿真電路設(shè)計(jì)訂購(gòu)元器件；在18-19周，學(xué)生進(jìn)行實(shí)物制作及調(diào)試，同時(shí)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書，電路板走線和說(shuō)明書的書寫都有統(tǒng)一的規(guī)定；最后，教師對(duì)各組設(shè)計(jì)實(shí)物測(cè)試并現(xiàn)場(chǎng)答辯。

課外項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可以達(dá)到下面幾個(gè)目的，第一，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過(guò)動(dòng)手實(shí)際操作對(duì)理論知識(shí)有了更深入的理解；第二，學(xué)生感覺(jué)到理論知識(shí)并不是紙上談兵，確實(shí)是可以學(xué)以致用的，提高了對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力；第三，在學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程中，使學(xué)生勇于創(chuàng)新，開拓思維。

3.3考核方式改革

由于“數(shù)字電子技術(shù)”課程采用探究式項(xiàng)目教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，因此考核方式也需要有所改變，不能再用期末的一次考試來(lái)評(píng)判一個(gè)學(xué)生的優(yōu)劣?！皵?shù)字電子技術(shù)”考核方式改革采用“平時(shí)成績(jī)+期末理論考試成績(jī)+項(xiàng)目設(shè)計(jì)及答辯成績(jī)”相結(jié)合的方式進(jìn)行，三部分綜合起來(lái)形成本學(xué)期本課程學(xué)生的最終成績(jī)。“數(shù)字電子技術(shù)”課程考核方式改革中各實(shí)施環(huán)節(jié)考核時(shí)間、考核方式、考核內(nèi)容和所占的比例分別如下表2所示：

表2 數(shù)字電子技術(shù)課程考核考核方式表

4.教學(xué)效果

為了檢驗(yàn)“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探究式項(xiàng)目教學(xué)的效果，筆者在2015-2016-1學(xué)期同時(shí)擔(dān)任了自動(dòng)化卓越班1401、自動(dòng)化1403-04班的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)，其中自動(dòng)化1401班的數(shù)字電子技術(shù)采用探究式項(xiàng)目教學(xué)，自動(dòng)化1403-04班采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）期末課題組在學(xué)生中做了一次大規(guī)模的問(wèn)卷調(diào)查，并將兩種教學(xué)方式的問(wèn)卷調(diào)查做了對(duì)比。采用探究式項(xiàng)目教學(xué)組的學(xué)生對(duì)“數(shù)字電路”課程的整體把握有了明顯的提高，對(duì)主要知識(shí)點(diǎn)基本能回答“為什么”、“是什么”和“怎么用”，具有結(jié)合理論知識(shí)辨別并分析基本數(shù)字電路的能力。

（2）在課堂上，采用探究式項(xiàng)目教學(xué)組的學(xué)生討論更氣氛濃厚，學(xué)習(xí)興趣大幅提高。

（3）從作業(yè)的完成情況和考試答題情況來(lái)看，采用探究式項(xiàng)目教學(xué)的自動(dòng)化1401班學(xué)生試卷平均成績(jī)要比采用傳統(tǒng)教學(xué)方式的自動(dòng)化1403-04班的試卷平均成績(jī)高5-8分，主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)問(wèn)題的錯(cuò)誤率降低了，重難點(diǎn)的答題正確率有所提高，這些都充分反映了教學(xué)改革的成果。更為重要的是，教師在課堂上以項(xiàng)目引入知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新熱情，學(xué)生積極參與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的申報(bào)，加入學(xué)院的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

［1］李健，李智，馮曉磊.“數(shù)字電子技術(shù)”課程的探究式案例教學(xué)［J］.南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2015，12（37）：51-67.

［2］任希，侯建軍，李趙紅，路勇，曾濤.研究性教學(xué)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的探索［J］.南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，8（32）：28-29.

［3］向臘，李珊珊.數(shù)字電子技術(shù)案例教學(xué)法的實(shí)施與探討［J］.成都：時(shí)代教育，2016（3）：161-161.

［4］白順先，樊榮.項(xiàng)目教學(xué)法在《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的探索［J］.廣州：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)2015（10）：26-29.

［5］王冬艷，鄭驪，李小平.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)改革［J］.南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（6）：77-79.

［6］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）［M］.高等教育出版社，2006.

湖南工學(xué)院2013年校級(jí)教研教改立項(xiàng)項(xiàng)目（編號(hào)：JY201318）；湖南工學(xué)院探究式教學(xué)示范課程建設(shè)項(xiàng)目；湖南省教育廳教改項(xiàng)目（立項(xiàng)文號(hào)：湘教通［2010］243號(hào)）。

湯群芳（1983—），湖南衡陽(yáng)人，碩士，講師，主要研究方向：數(shù)字圖像處理，三維重構(gòu)。

姚勝興【通訊作者】（1965—），湖南桃源人，碩士，教授，主要研究方向：自動(dòng)控制，電工技術(shù)。