改革《数字电路实验》教学 培养学生创新能力

来源:用户上传      作者: 何金儿，刘一清

　　摘要：本文分析了《数字电路实验》课程的地位、内容和实验教学中面临的问题，结合高校本科生创新型人才培养的目标，讨论了在数字电路实验教学中实行设计性实验教学的可行性。总结了设计性实验教学实施一年来从准备到实施各环节中的应注意的问题和解决的方法。探讨了设计性实验教学在促进学生架构完整的数字系统知识体系、提高学生电路设计能力和创新意识方面取得的良好效果。
　　关键词：设计性实验教学；课题设计；课题评估
　　中图分类号：G652 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0008-03
　　《数字电路实验》是我校电子类专业的一门专业必修课。是继《数字电路》理论课程后单独的一门实验课程。《数字电路实验》是理论教学的补充和延续，通过实验教学可以巩固理论知识，培养实践能力。同时数字电路实验也是《微机原理》、《微机接口技术》等的前端课程，有着很重要的地位。数字逻辑电路技术领域的知识包含理论和实践，这一特点决定了数字电路实验教学必须重视实践能力的培养。如何在数字电路实验教学中注重培养学生的实践能力和创新意识，是实验教学中的重要课题。我们尝试把数字电路实验分成三部分进行：基础实验；单元电路设计实验；综合性设计实验。第一步分的基础实验是和理论课程紧密的结合，实验的设置主要是一些入门级的基本概念，进度跟随理论课程同步进行。第二、第三部分是在第二学期进行。第二部分的单元电路设计是为了进一步加深对数字电路的重要概念的理解和运用。从本质上讲应该是属于验证性的实验。第三部分是数字电路综合设计，在综合设计的题目中，适当的涉及一些传感器，模拟电路等其他课程中的知识，目的是为了提高学生的设计能力。
　　一、传统实验教学中存在的问题
　　1.实验内容设置。在传统的重视理论教学，轻视实验教学的影响下，每一次的实验内容仅仅局限于验证理论课上的结论。对于通过实验加深理解理论知识的应用方面有所欠缺。传统的数字电路实验内容中，很少有涉及到模拟电路、传感器等方面的内容的综合性实验。传统验证性不利于培养现时代所需要的有理论知识、有动手能力、有创新意识的人才。
　　2.实验设备。传统的数字电路实验设备实验教学的手段相对落后，实验内容和实验方式也就受到了限制。实验一般是在面包板或者是类似于面包板的实验箱上进行。学生只要对照书本连线即可完成实验。造成了部分学生在不懂实验原理的情况下，依样画葫芦也同样完成了实验。部分学生在做完实验后还是知其然，不知其所以然，完全处于被动地位。没有起到实验教学应该起到的作用。
　　3.实验报告和实验评分。合理的成绩评定方法是客观评价教学质量的一个指标。传统的实验考核成绩主要由实验报告和期末考试决定。但由于传统的实验内容和实验方式的限制，依靠实验报告和期末考试的评分方式无法全面评价学生是否掌握了实验原理、技巧、以及实验过程中的表现，有失公正、全面的评分原则。
　　二、设计性实验教学必要性
　　验证性实验是加深对理论知识的理解，仅仅是验证性的基础实验不利于提高学生的综合素质，不能适应后继课程和当前的经济时代对人才培养的迫切需求。设计性实验则要求学生在掌握牢固的基础知识后，运用一种或多种方法完成教师给定的实验。教育部在《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》明确指出：“设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件由学生自行设计实验方案并加以完成的实验”。设计性实验在实施的过程中，很明显的产生了以下几个特点：
　　1.发挥了学生实验积极性。在数字电路的设计实验中，实验教师只是给定了实验的课题，考虑到学生个体的差异，教师根据课题的实际情况，对部分设计性实验课题给出了原理性框图。设计实验并不规定实现课题的方法和手段，学生可以在教师的指导下，自主选择实现实验器材、方法和手段。学生必须自己查阅资料，规划实验过程和方案，设计实验电路，主动询问教师。学生在实验的过程中处于主动的学习状态。例如课题：晶体管图示仪用的三角波锯齿波发生器设计。该题可以用常规的模拟电路实现，也可以用数字器件加上部分模拟器件设计出性能更稳定的电路。学生在接受设计课题后，首先是要查找资料，了解图示仪工作原理，查找三角波锯齿波发生器各种设计方法。充分调动了学生实验的积极性。
　　2.在实验方法上的多样性。设计性实验的课题是明确的，但是并不规定实现课题的方法。不同的学生有不同的思维方式。当多个实验小组在选择了同一个实验课题时，各个实验小组会有不同的实验方法。在设计性实验的过程中，充分的发挥了人的创造性思维，也就是最大限度地调动了积极性。例如：在实现图示仪中用的锯齿波三角波发生器电路设计时，可以采用555电路作为CLK信号，对数字电路的计数器进行计数，通过运放产生锯齿波和三角波的设计方案。但是也有同学用555电路作为振荡器，使用三极管对555波形输出进行积分，从而直接产生三角波锯齿波的实验方案。
　　3.实验内容的探索性。部分的设计性实验课题，实验中包括了一定含量的探索性质。这部分实验课题适合于部分基础好求知欲旺盛的学生。对于这部分的学生来说，是参与教学科研早期结合的一种重要形式。能激发学生对科学技术的好奇心和求知欲望。例如：课题《简易四踪示波器》的实验，是在普通示波器上同时显示四路数字信号。在设计时除了数字电路的知识外，还应具有简单的单片机知识和示波器原理方面的知识。要完成实验，则必须要对单片机和示波器方面的知识进行探究。这个过程也是培养学生对知识探究能力的有效途径。
　　4.实施设计性实验教学法的效果。现代的教学理念更应注重于学生能迅速发现问题并解决实际问题的能力。从对本系2009级设计性实验教学的效果来看，设计性实验教学法在理论和实践相结合的实际效果以及调动学生主动学习的积极性方面，有了很大的改善。增加了设计性实验教学后，尽管学生在实践的过程中会遇到很多的问题，但通常学生都会主动地查资料，找老师讨论，会自主地通过各种途径去完成项目，使得以往单调的学习过程变得生动起来。
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