基于研究性教学的数字电路与系统实验教学改革

孙科学　成谢锋　刘芫健　肖建　谌静

【摘 要】研究性教学要求教师以探究和探索的方式进行组织教学， 培养学生的好奇心和创造性。在数字电路与系统实验教学研究性教学中，运用FPGA技术能够激发学生学习兴趣，提高学生学习效果，提升学生的探索研究能力和工程技能，为学科竞赛和全国大学生电子设计大赛打下坚实的基础。本文在研究性教学思想的指导下， 应用FPGA技术对数字电路与系统实验教学进行研究性教学实践， 探索实施研究性教学的教学方法。

【关键词】数字电路与系统实验；本科工程教育；研究性教学；交互式教学

【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate studentscuriosity and creativity.Using the FPGA technology studentslearning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration， the studentsability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper，under the guidance of research-based teaching，application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.

【Key words】Digital circuits and system experimental course；Research-based teaching；Bachelor engineering education；Interactive teaching

0 引言

课程教学是高等教育的主渠道，推动课程体系创新和教学内容、方法、手段的改革，已逐渐成为高等教育创新性人才培养目标改革的趋势之一[1-3]。电子信息类实验教学是高等院校理工类专业学生重要的专业基础课，也是学生在大学教育阶段的主要工程性实践环节，它对培养学生的素质和能力十分重要，实验教学效果对学生专业技能的培养以及就业都将产生直接影响[4-8]。

数字电路与系统实验课程是数字电路理论课程学习到工程师转换的一座重要的实践桥梁。我们采用研究性教学模式为了进一步提升学生的创新意识和创新能力，创立类似科学研究的氛围，以引起学生深刻体验和共鸣。通过该实践环节的磨砺，使学生巩固和加深对数字电路和模数混合系统的理解，增强工程应用和工程实践能力，为学生参加全国大学生电子设计大赛打下了坚实的基础。电工电子实验系列课程是南京邮电大学独立设置的实验实践课程，也是重要的学科基础课程；同时也是理论性、实践性和工程技术性都很强的必修课程；是江苏省重点建设课程和省级精品课程。本文在研究性教学思想的指导下， 应用FPGA技术对数字电路与系统实验教学进行研究性教学实践， 探索实施研究性教学的教学方法。

1 授课内容的变化

目前CPLD/FPGA有着越来越广阔的应用前景，它和DSP及CPU并称为电子系统的三大基石。CPLD/FPGA具有体系结构先进、支持在线编程、应用灵活、集成度高、功能强大、设计周期短、开发成本低、开发工具先进、产品标准化程度高、性能稳定以及可在线检验等优点，被广泛应用于通信、仪器仪表、工业控制、信息处理等系统的设计与生产中。而掌握CPLD/FPGA设计技术已成为当今硬件工程师和IC设计工程师的必备技能。

在授课内容上体现了继承与发展。即：继承基于中小规模集成的电路设计并实现数字电路，发展目前产业常用的CPLD/FPGA实现数字电路。通过本课程授课内容的更新，使学生通过本课程掌握VHDL的程序设计方法与CPLD/FPGA的硬件设计与实现方法，培养在硬件、软件方面独立分析问题、解决问题的能力。

通过授课内容的变化，使学生既掌握设计与调测基于中小规模集成电路的方法，锻炼学生的基本电路的调测和差错能力，同时训练学生掌握新技术、新工艺和新软件，为学生解决复杂工程问题提供必要的知识积累。

2 授课形式的变化

依托我校电子科学与技术国家级实验中心平台，并结合授课教师的科研背景，我们编写了偏重与基础实验技术与工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教材，通过具有代表性的工程案例，强化电工电子实验课程的工程技术性，并形成电工电子实验技术知识体系。同时积极完善该课程的教学视频、电子教案、综合芯片数据表文件、实验案例以及工程案例等线上资源，保证课程的系统性与完整性。

在授课形式上打通理论课和实践课程的鸿沟，将数字电路理论课中的设计报告和研究报告在实践课程中加以实现。要求实验报告都要以科技论文的形式书写，尽早锻炼学生的实验设计能力和文字表达能力，提升学生的研究和沟通能力。

3 考核形式的变化

针对研究性教学的形式，我们构建了多元化的考核方式。评分标准既包括了平时实验报告的提交与报告质量、实验操作情况、期中考试成绩和期末考试成绩，同时还包括了交互式学习的内容。在传统的“平时+期中+期末”考核方式的基础上，加入了平时实验操作成绩。考试和期中测验允许学生携带自行准备的参考资料进入考场，同时试卷分为实践部分（60分）和实验技术与实验理论部分（40分）。同时，由学生自主完成各种创新实验，培养学生的工程实践能力和创新能力。这种灵活的考核模式，有利于学生锻炼工程实践能力，完备学生的电子电路设计与实现的知识体系。

4 结束语

针对学生在工程实践、创新能力薄弱的难题和瓶颈，我们在电工电子实验实践课程中引入研究型教学模式，以有效地培养学生的创新能力。改进教学内容，切实倡导以学生为主体的教学模式，促使学生主动学习，独立思考，营造了良好的学习氛围。该教学改革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系的改革与创新，学生参加创新实践活动积极踊跃，表现出极大的热情和自信，参加竞赛并获各类奖项越来越多。我校在大学生电子设计大赛、挑战杯、全国大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要赛事中，屡创佳绩，近3年来获得省级以上大学生电子类设计竞赛奖共计近200项，其中国家级90余项。基于研究型的数字电路与系统实验实践课程改革有效地提升了学生的综合素质和创新能力。

【参考文献】

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[2]成谢锋，郭宇锋，黄丽亚，肖建，孙科学.大电子实验教学平台建设和教学方式的改革[J].实验室研究与探索，2015（9）：164-167.

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[责任编辑：田吉捷]