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篇1

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；實驗教學(xué)；改革；創(chuàng)新能力

Research on training of students’ innovation in experimental teaching

of digital electronic technology

Ma Xiaohong, Yin Xianglei

Shaanxi university of technology, Hanzhong, 723003, China

Abstract: For improving the innovation of students in digital electronic experiment, experiment method had been proposed. Suggestions of innovating the experiment was proposed from the experiment teaching content, experiment teaching means and experimental concrete implementation etc. As the fact proved, the ability in analyzing and solving practical problems of students had been improved. The goal of teaching had achieved.

Key words: digital electronic technique; experimental teaching; reform; innovation ability

數(shù)字電子技術(shù)是電子、通信、電氣信息類等專業(yè)的核心基礎(chǔ)課之一，是一門實踐性、理論性均很強的基礎(chǔ)課程。隨著各類新型可編程器件的出現(xiàn)，如CPLD，ISP，EDA仿真軟件等。這些新技術(shù)不管是在驗證理論、加深學(xué)生對理論理解方面，還是在實驗進度方面、遠程實驗教學(xué)方面、實驗成本和實驗安全方面，都對現(xiàn)有的傳統(tǒng)實驗具有非常好的互補性[1]。因為數(shù)字電子技術(shù)實驗課程的教學(xué)模式發(fā)生了很大的改變，學(xué)生在創(chuàng)新能力方面就顯得不足，實驗教學(xué)的創(chuàng)新性也要進行與時俱進的改革。因此加強數(shù)字電子技術(shù)課程的實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，是高校理工科專業(yè)教學(xué)的首要任務(wù)。為了達到這一目的，文章從實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)手段以及實驗的具體實施等方面對該課程的實驗教學(xué)改革提出幾點建議。

1 實驗教學(xué)內(nèi)容方面

實驗內(nèi)容的設(shè)計是實驗教學(xué)的重中之重，其設(shè)計的好壞會直接影響到實驗教學(xué)的效果，筆者從以下幾方面進行了實驗教學(xué)內(nèi)容的改革。

1.1 正確發(fā)揮各類實驗的作用

對于數(shù)字電子技術(shù)實驗，可以分為基礎(chǔ)驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗等三類實驗[2]。應(yīng)該以重視基礎(chǔ)、發(fā)揮能力為原則，正確發(fā)揮這幾類實驗的作用。

1.1.1 擴展和豐富基礎(chǔ)驗證性實驗

基礎(chǔ)驗證性實驗是針對某知識點而設(shè)計的實驗，是培養(yǎng)基本的實驗技能所必須具有的基礎(chǔ)實驗，也是其他各類實驗教學(xué)模式的重要基礎(chǔ)。通過基礎(chǔ)驗證性實驗，可以讓學(xué)生熟悉實驗的基本原理、方法及實驗過程，熟練掌握信號發(fā)生器、示波器、萬用表等常規(guī)實驗儀器的使用，電路故障查找、排除方法，牢固掌握實驗的基本理論、規(guī)范基本實驗操作、數(shù)據(jù)處理方法，并學(xué)會如何撰寫實驗報告、分析實驗數(shù)據(jù)。

以前我校的數(shù)字電子技術(shù)實驗課只進行TTL和CMOS數(shù)字集成器件邏輯功能的測試，現(xiàn)在增加了包括高低電平輸入電流、高低電平輸出電源電流、輸入短路電流、平均傳輸遲延、電壓傳輸特性、空載導(dǎo)出功耗、空載截止功耗、扇出系數(shù)等參數(shù)在內(nèi)的TTL和CMOS數(shù)字集成器件參數(shù)的測試。特別是在進行電壓傳輸特性曲線的繪制時，可以讓學(xué)生充分理解集成器件的輸入輸出特性之間的非線性關(guān)系，從而進一步理解電平和電壓概念之間的關(guān)系。實驗中用到了信號發(fā)生器、示波器、萬用表等電子儀器，實驗學(xué)時也同時由兩個學(xué)時增加到4個學(xué)時。通過這一實驗，學(xué)生熟練掌握了常用電子儀器的使用方法、常用電子元器件的參數(shù)測試，為以后的設(shè)計性、綜合性實驗打下堅實的基礎(chǔ)[3]。

1.1.2 加大設(shè)計性、綜合性實驗

設(shè)計性實驗是針對某章內(nèi)容而設(shè)計的實驗，其著重培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計、制作等方面的創(chuàng)新能力。這類實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的目的，也是在為以后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計做準備，對工科學(xué)生來說至關(guān)重要，應(yīng)加大力度，重點培養(yǎng)。因為缺少了設(shè)計性實驗，同時也就缺少了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此在進行設(shè)計性實驗時，例如交通信號燈控制電路設(shè)計、60秒計數(shù)器實驗等，實驗教師只給出實驗?zāi)康暮蛯嶒灥幕疽?，由學(xué)生自己設(shè)計實驗方案、實驗線路，自己選擇實驗儀器和設(shè)備，經(jīng)指導(dǎo)教師簽字同意后予以實施。整個設(shè)計、調(diào)試過程完全由學(xué)生自己動手。實踐證明，設(shè)計性實驗與實際應(yīng)用聯(lián)系得愈加緊密，愈能激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與能動性，從而更容易提高學(xué)生的基本技能。

綜合性實驗是針對某幾個章節(jié)內(nèi)容而設(shè)計的實驗，其內(nèi)容可以涉及幾個理論教學(xué)單元，著重于幾個理論教學(xué)單元相互之間的聯(lián)系。綜合性實驗是以培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力為根本目的，它可以起到把所學(xué)到的知識融會貫通的作用。因此在實驗教學(xué)中，應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決實際問題的能力和提高綜合素質(zhì)的目的放在首要位置。

1.2 延伸性實驗階段

我們面向全院學(xué)生開設(shè)了電子系統(tǒng)綜合設(shè)計課程，并結(jié)合“‘飛思卡爾’杯全國大學(xué)生智能汽車競賽”“全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽”“高校挑戰(zhàn)杯大賽”等比賽，將數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)以及單片機等幾方面內(nèi)容結(jié)合起來，進一步將先進的CPLD/FPGA器件和EDA技術(shù)應(yīng)用到電子設(shè)計系統(tǒng)中，讓學(xué)生學(xué)會電子系統(tǒng)綜合設(shè)計、電子系統(tǒng)自動化設(shè)計及仿真、CPLD/FPGA數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計等幾個現(xiàn)代電子系統(tǒng)綜合設(shè)計方法。近幾年來，我院參加全國“飛思卡爾”杯智能汽車競賽的成績逐年提高。

2 實驗教學(xué)手段方面

2.1 引入先進的EDA技術(shù)

EDA教學(xué)實驗環(huán)境是一個虛擬模式下的實驗環(huán)境，是一個理想化的實驗環(huán)境。EDA技術(shù)的出現(xiàn)不僅為電路設(shè)計提供了一種嶄新的模式，而且它所提供的實驗環(huán)境更是電工電子類實驗教學(xué)中的全新模式。它不但提供了豐富的分立元件和集成元器件，而且還提供了最先進的儀器設(shè)備。在使用時，不會出現(xiàn)元器件接觸不良、損壞等不良因素。對于抽象晦澀的變化過程，它還可以通過波形、圖像等形式生動、形象、直觀地顯示出來，既便于學(xué)生理解，又節(jié)省了經(jīng)費。

幾年來的改革實踐證明，將仿真軟件應(yīng)用到實驗教學(xué)中，不僅加深了學(xué)生對基本概念、基本原理的理解，彌補了實驗所用元器件和實驗儀器缺乏所帶來的不足，避免了對實驗器材的損耗，還節(jié)省了實驗時間，提高了實驗效率。

2.2 制作網(wǎng)絡(luò)課件，引入網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)

在實驗教學(xué)過程中，實驗儀器的使用是最基本的。但很多學(xué)生因為沒有掌握好儀器的使用方法，以至于花費大量的時間在儀器使用上，甚至有些學(xué)生因為不會使用儀器而導(dǎo)致實驗失敗。利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供一種互動，將各種電子儀器的使用方法做成課件掛在網(wǎng)上，讓學(xué)生在進實驗室之前，先學(xué)習(xí)儀器的使用方法，再來實驗室進行硬件環(huán)境下驗證。既有利于學(xué)生系統(tǒng)掌握相關(guān)實驗知識，又節(jié)約了實驗室操作時間，提高了實驗效果。

2.3 成立創(chuàng)新實驗室和電子設(shè)計興趣小組

為有進一步發(fā)展需要的學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實驗室創(chuàng)新場所，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和領(lǐng)導(dǎo)才能的優(yōu)秀人才，我們還成立了電子設(shè)計興趣小組和創(chuàng)新實驗室。在創(chuàng)新實驗室里，學(xué)生可以自擬實驗項目，然后在實驗室教師的指導(dǎo)下，開展設(shè)計型實驗，使學(xué)生把課堂上所學(xué)的基本方法、概念理解和掌握得更徹底，并結(jié)合校內(nèi)外創(chuàng)新項目、電子設(shè)計大賽、“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽等大賽，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與創(chuàng)造性，充分展現(xiàn)學(xué)生內(nèi)在的創(chuàng)造力與學(xué)習(xí)力，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力[4]。

3 實驗具體實施

實驗可分為預(yù)習(xí)、驗證、總結(jié)等三個階段[5]。

預(yù)習(xí)階段，對于驗證性實驗，主要是在網(wǎng)絡(luò)課件上提前學(xué)習(xí)芯片的測試方法、工作條件以及各種常用電子儀器的使用方法等；對于設(shè)計性實驗，要求熟悉所需知識，能根據(jù)大綱進行簡單的分析計算；對于綜合性實驗，除過上述要求外，還需要進行方案評估與設(shè)計，并用EDA仿真軟件提前模擬。因為預(yù)習(xí)階段是整個實驗的基礎(chǔ)，它的好壞將直接影響實驗效果，所以對于任何層次的實驗都必須有相應(yīng)的預(yù)習(xí)實驗報告。

驗證階段，主要是考查學(xué)生對方案的驗證能力、故障查找和排除能力等實際操作能力。因為學(xué)生對于實驗相對來說比較生疏，所以故障率就比較高，也沒

有實際動手經(jīng)驗。這時候，指導(dǎo)教師的任務(wù)就非常重，要引導(dǎo)學(xué)生掌握故障分析方法，并教會學(xué)生如何正確記錄實驗數(shù)據(jù)、分析實驗現(xiàn)象。

總結(jié)階段，要求學(xué)生寫出實驗報告。實驗報告包括對數(shù)據(jù)的分析處理、總結(jié)以及實驗的心得體會等幾個方面。

4 結(jié)束語

作為省級實驗教學(xué)示范中心，以提高學(xué)生的整體實驗素質(zhì)為前提，在實驗教學(xué)方面不斷做出大膽的改革和創(chuàng)新，學(xué)生分析、解決實際問題的能力明顯增強。2010年，我校學(xué)生在第五屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽西部賽區(qū)的比賽中，共獲得1個一等獎，3個二等獎，2個三等獎；全國比賽1個二等獎。2011年我校學(xué)生在第六屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽西部賽區(qū)的比賽中，共獲得4個一等獎，1個二等獎，1個優(yōu)勝獎；全國比賽3個一等獎。實踐證明，實驗教學(xué)改革效果明顯，總體達到了預(yù)期目標。

參考文獻

[1] 李升源,劉宏,周克良.電工電子虛擬實驗與真實實驗的互補性[J].實驗技術(shù)與管理,2010,27(4):74-76.

[2] 馬曉虹.淺析電工電子實驗課的教學(xué)改革[J].科技廣場,2008,2:201-202.

[3] 張曉暉,陳新華.數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)的改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2008,27(10):120-121,154.