趙娟

摘 要：該文主要從改革的意義和舉措兩個(gè)方面進(jìn)行闡述，針對(duì)當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，采用基于網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐。實(shí)踐證明，基于虛擬仿真的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高了授課效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 虛擬仿真 改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（b）-0082-02

數(shù)字電子技術(shù)是筆者學(xué)校精品課程，目前正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源共享課的建設(shè)，同時(shí)它也是理工科電氣工程及其自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)工程、應(yīng)用物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程不僅具有自身的理論體系而且實(shí)踐性非常強(qiáng)。該課程主要的內(nèi)容是解決數(shù)字電子電路相關(guān)理論的入門，學(xué)生能夠在掌握基本理論的同時(shí)進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)，掌握分析和設(shè)計(jì)的基本方法和基本技能，為后學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

以往的數(shù)電實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上是硬件實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部操作。學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論課后，在實(shí)驗(yàn)課上直接通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證性操作或者簡單設(shè)計(jì)再通過實(shí)驗(yàn)箱搭建電路，這樣的操作設(shè)計(jì)性比較差，很多知識(shí)的掌握達(dá)不到加強(qiáng)鞏固的效果。如果有一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠讓學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)證，教學(xué)效果會(huì)大幅度地提高。對(duì)一些興趣比較高、學(xué)有余力的學(xué)生還可以針對(duì)實(shí)際問題設(shè)計(jì)一些電路，然后在平臺(tái)上練習(xí)，從而發(fā)現(xiàn)問題解決問題。去年該校購置了虛擬仿真平臺(tái)，但是由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、平臺(tái)的操作不熟練等因素影響，目前數(shù)電實(shí)驗(yàn)?zāi)壳斑€停留在實(shí)驗(yàn)箱的階段，雖然經(jīng)過一定的改革增加了面包板，學(xué)生的動(dòng)手能力有一定的提高。但因有許多問題出現(xiàn)，如初學(xué)者對(duì)原理掌握不牢固、理論知識(shí)跟不上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容效果不佳、教學(xué)評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)考核手段比較單一、設(shè)備的故障頻發(fā)、設(shè)備升級(jí)不方便等諸多因素嚴(yán)重影響教學(xué)，也限制了學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

1 數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的意義

數(shù)字電子技術(shù)工程性和實(shí)踐性極強(qiáng)，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，不僅可以幫助學(xué)生理解和掌握該課程的基本內(nèi)容，還可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，提供可操作虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上通過接近真實(shí)的人機(jī)交互界面完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還提供網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一體化管理功能[1]。該校在電類專業(yè)中開展了部分仿真課程的公共選修課和專業(yè)選修課，已經(jīng)購置了仿真平臺(tái)，以及計(jì)算機(jī)機(jī)房等硬件設(shè)備，對(duì)于數(shù)電實(shí)驗(yàn)的仿真有一定的基礎(chǔ)。但是實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)模式還有一定的差距，而且并不互相兼容，需要系統(tǒng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)機(jī)制來提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理的有效性和可行性。

采用虛擬仿真的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、動(dòng)手能力的培養(yǎng)及綜合素質(zhì)的提升，而且具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

（1）解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)資金不足或不能及時(shí)到位的現(xiàn)象。虛擬仿真不像硬件實(shí)驗(yàn)室那樣需要比較高額的維護(hù)費(fèi)用，而且維護(hù)起來不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理。

（2）通過綜合實(shí)驗(yàn)群，實(shí)現(xiàn)綜合利用資源。數(shù)電實(shí)驗(yàn)涉及到信號(hào)的產(chǎn)生，數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)，可將虛擬軟件平臺(tái)和EDA實(shí)驗(yàn)室及信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建，共同完成綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的仿真及操作。

（3）互動(dòng)性較強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)室虛擬操作可以實(shí)現(xiàn)生與生、生與師、師與師之間的遠(yuǎn)程互動(dòng)與交流。老師可以有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、監(jiān)督和考核，學(xué)生通過交流很快地掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

（4）提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生可以根據(jù)自身?xiàng)l件，除了完成老師交代的內(nèi)容之外，設(shè)計(jì)自己喜歡的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑晕以O(shè)計(jì)與創(chuàng)造，提高自我學(xué)習(xí)的能力、鍛煉動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力。

（5）與科技發(fā)展同步，保證實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性與前瞻性。及時(shí)有效地對(duì)虛擬軟件進(jìn)行更新，與時(shí)俱進(jìn)地采用新的方法授課，引入新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生開展探索性、研究性、創(chuàng)新創(chuàng)意性實(shí)驗(yàn)。

2 虛擬仿真數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)改革與實(shí)踐的舉措

為了培養(yǎng)中國特色應(yīng)用技術(shù)型人才，教學(xué)中必須加強(qiáng)學(xué)生的技術(shù)理論、注重技術(shù)應(yīng)用、突出實(shí)踐教學(xué)，而加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)正是整個(gè)教學(xué)過程的一個(gè)基礎(chǔ)。

2.1 改革教學(xué)過程

通過學(xué)習(xí)其他院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，根據(jù)當(dāng)前信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，參考其教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與做法，對(duì)該課程的教學(xué)過程加以調(diào)整。針對(duì)不同的專業(yè)選用不同的教材，精選教學(xué)內(nèi)容、精煉講課題材。

2.2 完善教學(xué)大綱，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，適應(yīng)人才培養(yǎng)模式

通過課題組成員授課經(jīng)驗(yàn)及學(xué)習(xí)研究的結(jié)果，商討完善教學(xué)大綱，制定比較合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.3 改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方法

通過引入現(xiàn)代化的教學(xué)手段，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的提高及改革。構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為載體的教學(xué)平臺(tái)，借助一些虛擬軟件實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方法。通過已有的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合原有的硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了設(shè)備的利用率，降低了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)授課效果。通過改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

教學(xué)內(nèi)容采用虛實(shí)結(jié)合的授課方式，突出實(shí)驗(yàn)多元化、層次化和系統(tǒng)性。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由數(shù)制和碼制、基本門電路的測試、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖的產(chǎn)生與整形、ADC和DAC、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件等構(gòu)成。[1]通過虛擬實(shí)驗(yàn)電路的搭建，使學(xué)生對(duì)實(shí)際電路具有比較直觀的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.4 建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)

通過教師或?qū)W生自發(fā)組織相關(guān)協(xié)會(huì)構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，定期進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)實(shí)踐理論知識(shí)的講授和電子線路的設(shè)計(jì)。形式可以多樣化、多元化，如講座、授課、競賽和觀摩等。

2.5 構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)開放式教學(xué)

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字電子技術(shù)硬件實(shí)驗(yàn)室共同構(gòu)建虛擬數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)務(wù)管理、實(shí)驗(yàn)前理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程智能指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)批改、互動(dòng)交流通知、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)估和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理等9個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享。該平臺(tái)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)操作，還可以擴(kuò)展到課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)。

利用網(wǎng)絡(luò)建立關(guān)于數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)為主題的論壇，以促進(jìn)不同用戶間的信息交流，了解最前沿的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，開拓視野[3]。

2.6 構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)群

打破課程界限，實(shí)行多門實(shí)驗(yàn)交叉匯合，建立綜合實(shí)驗(yàn)群。數(shù)字電子技術(shù)是一門邏輯性非常強(qiáng)的課程，邏輯變量的產(chǎn)生、傳輸和處理過程要求比較嚴(yán)謹(jǐn)，具有工程性和實(shí)踐性兩大特點(diǎn)。將已有的數(shù)電實(shí)驗(yàn)室、通信實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真平臺(tái)和EDA、信號(hào)與系統(tǒng)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)適用于工科專業(yè)的電類虛擬實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)群，共同來完成綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的操作，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果的提高。

2.7 改革實(shí)驗(yàn)教材

針對(duì)該校轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo)，該院在人才培養(yǎng)模式上也應(yīng)有所變化，要促進(jìn)電類學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的平衡協(xié)調(diào)發(fā)展，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。結(jié)合實(shí)際情況改革實(shí)驗(yàn)教材。這樣既能提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，也能培養(yǎng)其解決實(shí)際工程問題的能力。

2.8 改革考評(píng)機(jī)制

過去的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)都是平時(shí)成績加期末抽取實(shí)驗(yàn)操作一次性考核的方式進(jìn)行。通過虛擬仿真后的試驗(yàn)考核方式采用考勤成績、平時(shí)操作成績、提交作業(yè)成績、創(chuàng)新成績綜合考評(píng)。同時(shí)建立學(xué)評(píng)學(xué)、師評(píng)學(xué)、學(xué)評(píng)師的考核機(jī)制，共同進(jìn)步，共同促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

3 結(jié)語

堅(jiān)持“育人為本”“以生為本”的基本教育理念，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才是我們的最終目標(biāo)。通過實(shí)踐證明，對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)室及其設(shè)備進(jìn)行合理整合，構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)群，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的有效進(jìn)行，也可以實(shí)現(xiàn)其他實(shí)驗(yàn)的有效進(jìn)行。

通過豐富的仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)軟件培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的能力；整合已有硬件資源和虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式使學(xué)生對(duì)實(shí)際電路有比較直觀的認(rèn)識(shí)，既提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率，降低了實(shí)驗(yàn)成本，又提高了實(shí)踐教學(xué)的效果；最終促進(jìn)學(xué)生“善學(xué)習(xí)、善實(shí)踐、善應(yīng)用”的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周偉英.基于虛擬實(shí)踐平臺(tái)的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國電力教育CEPE，2010（34）：148.

[2] 劉炳燦.國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的回顧和展望[J].中國高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化，2005（11）：28-31.

[3] 黃琳，丁宏剛.加強(qiáng)大型儀器設(shè)備資源共享平臺(tái)建設(shè) 促進(jìn)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（8）：1002-1004.

[4] 姜兆純.淺談高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理人員的素養(yǎng)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2006（4）：29-30.

[5] 朱西桂，趙永儉.加強(qiáng)機(jī)制創(chuàng)新，推進(jìn)大型儀器設(shè)備管理工作[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2003，22（2）：117-119.

[6] 傅秀芬，聞星火.建立高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)成果獎(jiǎng)勵(lì)制度的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2004，21（6）：9-13.