基于研究性教學(xué)的數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗教學(xué)改革

【摘要】研究性教學(xué)要求教師以探究和探索的方式進(jìn)行組織教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造性。在數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗教學(xué)研究性教學(xué)中，運(yùn)用FPGA技術(shù)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生的探索研究能力和工程技能，為學(xué)科競賽和全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽打下堅實的基礎(chǔ)。本文在研究性教學(xué)思想的指導(dǎo)下，應(yīng)用FPGA技術(shù)對數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行研究性教學(xué)實踐，探索實施研究性教學(xué)的教學(xué)方法。【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗；本科工程教育；研究性教學(xué)；交互式教學(xué)0引言課程教學(xué)是高等教育的主渠道，推動課程體系創(chuàng)新和教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的改革，已逐漸成為高等教育創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)改革的趨勢之一[1-3]。電子信息類實驗教學(xué)是高等院校理工類專業(yè)學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是學(xué)生在大學(xué)教育階段的主要工程性實踐環(huán)節(jié)，它對培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力十分重要，實驗教學(xué)效果對學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)以及就業(yè)都將產(chǎn)生直接影響[4-8]。數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗課程是數(shù)字電路理論課程學(xué)習(xí)到工程師轉(zhuǎn)換的一座重要的實踐橋梁。我們采用研究性教學(xué)模式為了進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，創(chuàng)立類似科學(xué)研究的氛圍，以引起學(xué)生深刻體驗和共鳴。通過該實踐環(huán)節(jié)的磨礪，使學(xué)生鞏固和加深對數(shù)字電路和模數(shù)混合系統(tǒng)的理解，增強(qiáng)工程應(yīng)用和工程實踐能力，為學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽打下了堅實的基礎(chǔ)。電工電子實驗系列課程是南京郵電大學(xué)獨(dú)立設(shè)置的實驗實踐課程，也是重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程；同時也是理論性、實踐性和工程技術(shù)性都很強(qiáng)的必修課程；是江蘇省重點(diǎn)建設(shè)課程和省級精品課程。本文在研究性教學(xué)思想的指導(dǎo)下，應(yīng)用FPGA技術(shù)對數(shù)字電路與系統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行研究性教學(xué)實踐，探索實施研究性教學(xué)的教學(xué)方法。1授課內(nèi)容的變化目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，它和DSP及CPU并稱為電子系統(tǒng)的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)、支持在線編程、應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計周期短、開發(fā)成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高、性能穩(wěn)定以及可在線檢驗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、儀器儀表、工業(yè)控制、信息處理等系統(tǒng)的設(shè)計與生產(chǎn)中。而掌握CPLD/FPGA設(shè)計技術(shù)已成為當(dāng)今硬件工程師和IC設(shè)計工程師的必備技能。在授課內(nèi)容上體現(xiàn)了繼承與發(fā)展。即：繼承基于中小規(guī)模集成的電路設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)字電路，發(fā)展目前產(chǎn)業(yè)常用的CPLD/FPGA實現(xiàn)數(shù)字電路。通過本課程授課內(nèi)容的更新，使學(xué)生通過本課程掌握VHDL的程序設(shè)計方法與CPLD/FPGA的硬件設(shè)計與實現(xiàn)方法，培養(yǎng)在硬件、軟件方面獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。通過授課內(nèi)容的變化，使學(xué)生既掌握設(shè)計與調(diào)測基于中小規(guī)模集成電路的方法，鍛煉學(xué)生的基本電路的調(diào)測和差錯能力，同時訓(xùn)練學(xué)生掌握新技術(shù)、新工藝和新軟件，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題提供必要的知識積累。2授課形式的變化依托我校電子科學(xué)與技術(shù)國家級實驗中心平臺，并結(jié)合授課教師的科研背景，我們編寫了偏重與基礎(chǔ)實驗技術(shù)與工程應(yīng)用的普通高等院校電工電子實驗實踐系列教材，通過具有代表性的工程案例，強(qiáng)化電工電子實驗課程的工程技術(shù)性，并形成電工電子實驗技術(shù)知識體系。同時積極完善該課程的教學(xué)視頻、電子教案、綜合芯片數(shù)據(jù)表文件、實驗案例以及工程案例等線上資源，保證課程的系統(tǒng)性與完整性。在授課形式上打通理論課和實踐課程的鴻溝，將數(shù)字電路理論課中的設(shè)計報告和研究報告在實踐課程中加以實現(xiàn)。要求實驗報告都要以科技論文的形式書寫，盡早鍛煉學(xué)生的實驗設(shè)計能力和文字表達(dá)能力，提升學(xué)生的研究和溝通能力。3考核形式的變化針對研究性教學(xué)的形式，我們構(gòu)建了多元化的考核方式。評分標(biāo)準(zhǔn)既包括了平時實驗報告的提交與報告質(zhì)量、實驗操作情況、期中考試成績和期末考試成績，同時還包括了交互式學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在傳統(tǒng)的“平時+期中+期末”考核方式的基礎(chǔ)上，加入了平時實驗操作成績?？荚嚭推谥袦y驗允許學(xué)生攜帶自行準(zhǔn)備的參考資料進(jìn)入考場，同時試卷分為實踐部分（60分）和實驗技術(shù)與實驗理論部分（40分）。同時，由學(xué)生自主完成各種創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。這種靈活的考核模式，有利于學(xué)生鍛煉工程實踐能力，完備學(xué)生的電子電路設(shè)計與實現(xiàn)的知識體系。4結(jié)束語針對學(xué)生在工程實踐、創(chuàng)新能力薄弱的難題和瓶頸，我們在電工電子實驗實踐課程中引入研究型教學(xué)模式，以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，切實倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。該教學(xué)改革的實施有力地推動了我校實踐教學(xué)課程教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新，學(xué)生參加創(chuàng)新實踐活動積極踴躍，表現(xiàn)出極大的熱情和自信，參加競賽并獲各類獎項越來越多。我校在大學(xué)生電子設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯、全國大學(xué)生機(jī)器人