虚实结合、项目驱动的“数字电路”课程教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0089-02
“数字电路”是自动化专业的一门专业课程，在整个人才培养方案中起着承上启下的作用，它既有自身的理论体系，又有很强的实践性。[1]“数字电路”也是电子设计竞赛的基础，但在历年的省、市级电子设计竞赛中，我们发现：“数字电路”课程学习成绩较好的同学并不能取得较好的竞赛成绩，有的同学甚至对电子设计竞赛根本没有兴趣。产生上述问题的原因在于：传统的教学模式和教学质量评价方法存在缺陷，不适用于数字电路这类应用性较强的课程教学和课程考核，也不利于应用型人才的培养。为了进一步提升课程教学效果，提高人才培养质量，我们在前期“数字电路”教改的基础上，[1]增加了“虚实结合、项目驱动”等新的教学改革内容，取得了较好的教学效果。
一、传统教学模式的不足
1.理论强调，实践弱化
教师在课堂上偏重于对理论知识的讲解，忽视对学生实践能力的培养。课后作业形式单一，只要求完成课后书面作业，学生动手能力不足。
2.教学方式单一，知识抽象难懂
教师在课堂上通常只通过多媒体课件来分析数字电路的原理及运行结果，学生在学习中普遍感到知识点抽象难理解，掌握程度浮于表面，很难真正理解其中的含义。
3.学生主体地位不突出
课堂教学通常以教师为主体，通过教师传授，学生被动地接受知识，学习主观能动性不高，师生互动较少，课堂气氛沉闷。这种教学模式忽视了学生的积极参与，严重束缚了学生个性和创造能力的发展，不利于培养学生的知识迁移能力，难以适应社会发展的需要。
4.与工程项目实践结合缺乏
传统的课堂教学中，缺少理论知识与工程项目实践的有效配合，学生不能切实体会到工程实际与理论知识之间的关系，学习目的性不明确，导致学生逐渐失去兴趣，觉得其没有实际用途，产生了厌烦情绪。
5.教学质量评价方法滞后
考核形式为期末笔试+平时成绩+实验成绩，期末笔试成绩比例偏大，衡量平时成绩高低的指标缺乏，实验主要是验证性实验。这种评价方式虽然能反映学生的学习态度及对一些基本概念、知识、理论的掌握情况，但无法全面地反映学生对所学知识的综合运用能力，容易出现“高分低能”现象，不利于应用型人才的培养。
二、“虚实结合、项目驱动”的课堂教学模式改革
1.实施“项目驱动”的教学模式
“项目驱动”的教学模式是以实际应用项目为载体，导入设计项目所需的知识，通过完成项目设计来达到对知识的理解、掌握和应用的过程。
“数字电路”是一门应用性较强的课程，在电子设计竞赛、智能车竞赛以及工程实际中都有很广泛的应用。在教学过程中通过将设计实例或工程实际问题引入课堂，在项目任务的驱动下，引出相关概念及相关电路，学生通过完成“项目”进而完成课程的学习，同时将其“成果”用作学生评价的主要依据。
本次课改中，按知识体系共设定10个驱动项目，其中1-9个为仿真设计项目，第10个为综合性设计项目，如表1所示。
在学习“组合逻辑电路设计”这一章节内容时，在以往的教学过程中，教师按教材内容讲解一些设计例题，由于没有引入项目设计，学生被动地接受知识，互动较少。本次课堂教学中，课前先布置3个设计题目，要求学生分三组，每一小组的同学分别完成一个设计项目，同时用Proteus仿真。三个设计项目为：[2]
项目一 某足球评委由一位教练和三位球迷组成，对裁判员的判罚进行表决。满足以下条件时判罚有效：有三人及以上人员同意，或者有两人同意、但其中一人是教练。
项目二 设计1位二进制全加器。
项目三 8421BCD码有效性测试电路。输入为1位BCD码，要求用一位7段数码管显示十进制数，当输入数据大于9时，输出报警灯亮，同时数码管熄灭。
对于项目一和二，分别要求用“与非门”、用3-8线译码器74138以及用八选1数据选择器74HC151三种方式实现该电路功能。对于项目三要求用74HC4511、74HC85、7段数码管和门电路设计实现电路功能。
课堂上对每个题目进行新的拓展：项目一要求用数码管显示，同意显示1，不同意显示0；项目二要求用以数码管显示累加结果；项目三要求当输入数据大于9时，用两位数码管显示结果。
教学过程安排：学生分组讨论，根据拓展内容如何对现有电路进行改进，完成新的设计。
经过10分钟左右的分组讨论后，每组派3名同学先演示并讲解课前布置的设计任务，然后当场修改电路完成新的设计任务。
项目设计采用课内、外相结合设计的形式，对于复杂项目，主要采用课外设计、课内讨论和改进的方法。项目设计过程采取个体与团队的有效结合。首先是个体必须独立完成所规定的设计项目；然后以团队形式共同完成较为复杂的综合性设计项目。项目考核分成个人项目考核和团队项目考核两类。
基于“项目驱动”的教学模式真正体现了应用型人才培养中“以应用为本”、“学以致用”的理念。[3]通过采用“项目驱动”的学习过程，不仅能使学生明确所学知识的实际应用，激发学生的学习兴趣和学习的主动性；而且通过后续综合性项目的制作，可以进一步培养学生的自主学习能力、综合应用能力、工程实践能力、协作意识和团队精神。
2.实施“虚实结合”的教学模式 近年来，项目驱动式教学法在数字电路课程中得到了应用，[4]而这些项目通常只是仿真设计，没有进行实际项目的制作。由于仿真软件提供的只是一种虚拟、理想化的运行环境，与实际电路设计之间仍然存在着一定的差别。在后续电子技术课程设计中也发现了仿真软件的缺陷，许多同学设计的电路在仿真软件里运行很好，但是做成实物的时候却调试不出结果。这说明利用仿真软件可以增强教学过程的形象化，便于学生对教学内容的理解，但对于增强学生的实际动手能力还有待改进。
为了进一步提高学生对实际电路的制作和调试能力，我们采用了“虚实结合”的教学模式，不仅将“基于proteus仿真软件的项目设计”贯穿于整个教学过程中，而且还要求学生对部分仿真通过的项目，进一步搭建实际电路进行调试，
在综合性项目设计中，我们要求学生设计一个八路抢答器：8个按钮开关代表8位选手，8个发光二极管分别对应8位选手是否抢答成功，当抢答成功时，对应的发光二极管亮；主持人按钮有灭灯和抢答开始功能；回答问题时间为30秒。首先用proteus完成仿真设计，然后再利用课外时间完成实际电路的焊接和调试。
“虚实结合”教学模式不仅有助于学生对知识的理解，而且通过实物制作进一步提升了学生的实际动手能力。
3.强化项目设计能力的过程考核
新的教学质量评价体系中，强化过程考核和学生项目设计能力的考核，以终结性评价为主向形成性评价为主转变，期末理论测试成绩占总评成绩的50%，平时过程性考核占50%，考核结果可以更加客观地反映学生掌握知识和应用知识的能力，避免高分低能现象。这种考核体系可以进一步激发学生设计项目的积极性，为今后参加电子设计竞赛或从事电子技术应用方面的工作打好实践基础。
三、教改实施方案
教学改革的实施过程按教师和学生两条主线进行，以学生为主线进行项目设计、课堂讨论、项目拓展；以教师为主线进行教学内容精选、精讲、项目设定、项目点评和考核；两条主线的有效互动突出了“虚实结合、项目驱动”的教学过程。总体实施方案如图3所示。
四、需解决的关键问题
1.精心设计驱动项目
项目设计需难易适中，循序渐进、工学结合。一方面要引导学生的学习兴趣，让学生从项目设计中获得兴奋点和成就感；另一方面需将教学内容和工程实践有效结合，培养学生的工程实践能力。
2.建设项目元器件库
在实施“虚实结合、项目驱动式”的教学过程中，项目内容需要不断更新，因此必须建设一个较为完备的元器件库，以满足学生设计多样性的要求。
3.建设课程网站，丰富教学资源
数字电子技术课程已经建有网站http：//zlgc.usx.edu.cn/ szdzjs/，通过该网站学生可以上传仿真设计的项目，可以开展在线答疑等实现师生互动，从而将课堂教学与课外教学相结合。
五、结语
本次教学改革是在“数字电路”课程前期改革的基础上，通过总结经验与不足，增加了“虚实结合的项目驱动”等新的教学改革内容，实现了教师由“教”向“导”的转换，教学过程充分体现了学生的主体地位，激发了学生的学习兴趣，培养了学生项目设计和工程实践能力。本次教改是对前期教学改革的拓展，它比原来的教改实施方案更加完善、更加有利于增强学生的实际动手能力和团队协作能力。
