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本文主要分析數字電路與系統課程設計教學中存在的問題，從課設內容、課設項目設計的方法、強化實踐技能等方面改進數電課設的教學，強化過程考核。培養學生理論聯系實踐的能力，強化數字系統的設計與分析，提高學生編程和自主解決問題的能力。數字電路與系統課程設計是電子信息、通信工程等專業在學習了數字電路與系統課程后所進行的綜合應用課程實習，是電子、自動化專業重要的實踐教學環節，數電課設在培養學生實踐能力方面具有極其重要的意義。通過改進課程的教學與過程考核，培養學生理論與實踐相結合，強化數字電路的設計與分析能力，提高實踐能力。

1數電課設教學的意義及現狀分析

數電課設的教學中，共12學時，0.5學分，共6次課。很多學生重視理論的學習，而忽視實驗的重要性。數電課設是一門理論與實踐相結合的綜合應用課程，通過不同的實驗才能深入理解數字邏輯電路的設計與分析和VHDL語言程序控制流程。數電課設可以提高學生解決問題的能力，增加學生的就業機會。但是在數電課設的教學過程中，存在一些問題需要改進。

1.1編程和調試能力需提高

數電課設使用quartusII集成開發環境進行VHDL語言編程，教學過程中發現學生對VHDL語言的語法掌握不牢，程序流程圖設計有待提高，獨立編寫代碼比較困難。對quartusII軟件的使用不熟練，如創建元器件符號、繪制原理圖、功能仿真等。學生遇到問題，首先想到的是找老師解決，而不是獨立思考尋找解決辦法。

1.2自主設計和創新能力欠缺

對于數電課設的實驗內容，按照實驗指導書進行驗證，不需要從頭到尾獨立思考設計軟硬件。尤其是當學生面對大四相關的畢業設計課題時，往往不知道如何設計系統和搭建硬件電路等。實驗過程中有很多地方可以優化創新，學生完成基本教學任務而缺乏主動尋找創新點，優化系統設計，提高測量精度等。

1.3重視結果忽略過程

在實驗課上，教師按照實驗指導書和教學大綱的內容進行授課。首先，對于數電課設相關的硬件做介紹。然后，分析實驗程序代碼，講解語句的含義，引導學生逐步完成數電課設的設計。學生更多是記住老師的操作過程并且復現出來，而忽略對相關理論知識的復習和理解，知識的連貫性欠缺。學生關注實驗結果是否能夠做出來，是否滿足課設考核，忽略對硬件電路原理和程序流程的理解，很難做到理論與實踐相結合，達不到實驗教學的目的。

2數電課設的教學改進

2.1重視能力的培養

數電課設作為一門綜合的應用設計，為學生學習后續課程和就業打下基礎。通過數電課設，培養學生的分析解決問題的能力、實踐能力和創新能力等。

2.1.1線下為主線上為輔的混合式教學

利用超星網絡平臺，數電課設以線下教學為主，線上為輔的方式進行線上線下混合式教學。通過構建超星學習通的教學資源，引導學生課前預習，課上答疑和實際操作，充分利用課堂時間，提高效率。根據學生對教學內容理解有困難的地方，如VHDL語言的編程等，在超星學習通發布相關知識的測驗、討論和錄制教學視頻等，強化練習，克服難點。結合當前的社會發展和需求，平臺會定期更新一些數字電路設計的典型案例和相關的高新技術，了解數字電路的應用，擴展學生的學習范圍，開闊思路，加深對數字電路的理解。學生知識得到了提高，同時也激發學生為社會服務和創造社會價值的熱情。線上教學不僅有助于提高學生學習效果，還有助于提高課程的過程考核。學生學習數電相關知識不局限于課堂，結合學習通充分利用課后時間進行學習拓展，使學生的手機和電腦成為重要的學習工具。

2.1.2理論與實踐相結合

分組選擇課設題目，帶領同學復習數電知識，學習VHDL語言語法和quartusII軟件的使用。通過與C語言語法相類比，分析兩種語言的異同處，來學習VHDL語言，加快VHDL編程入門。不同課設題目都有公用的模塊，如分頻器、消抖電路、LED顯示等，利用這些公用模塊，通過編寫一個簡單的計數器程序，來學習quartusII軟件的使用，如創建工程、創建元器件符號、繪制原理圖、編譯下載、功能仿真等。

2.1.3由最小系統拓展出復雜系統設計

在計數器程序基礎上，增加相應的功能模塊，拓展出各組的系統設計。引導同學繪制軟件流程圖，讓組內同學討論分工完成各個模塊的程序設計，提高學生團隊協作能力。由基礎模塊設計到頂層原理圖設計，重視基礎，循序漸進，使學生能夠真正參與并了解數字電路設計與分析的流程。指導同學由計數器擴展出自動售貨機控制電路、8位串行數字鎖電路、汽車尾燈控制電路、數字頻率計；由計數器程序擴展出定時器程序；由定時器程序擴展出數字秒表、數字鐘電路、數字顯示電路、出租車計費器、智力競賽搶答計時器，如圖1所示。

2.1.4充分利用QuartusII軟件的功能仿真

QuartusII軟件是Altera公司提供的FPGA/CPLD(現場可編程門陣列/復雜可編程邏輯器件)綜合開發工具，其界面友好，使用便捷。QuartusII軟件的功能仿真是在綜合之后、布局布線之前進行的仿真，主要用來驗證VHDL代碼經過綜合變成具體器件后是否能實現預期的功能。可以理解為，主要是檢查所編寫的程序雖然語法上沒有錯誤，但從邏輯功能上是否與預想設計器件的邏輯功能一致。在輸入端加入各種可能的激勵源，觀察輸出端的響應是否滿足設計要求，考察電路邏輯功能和設計的正確性。功能仿真的設置比較簡單，易于掌握，有效提高實驗教學。強大的電路功能仿真可進行在線動態調試，簡化電路分析，是調試和驗證數字電路的有效工具。通過仿真功能，還可以有效學習芯片的邏輯功能，為數字電路設計打下基礎。數電課設需要用到很多集成芯片，需要給同學介紹芯片的引腳功能、真值表和工作時序。教學過程中發現學生對學過的芯片功能沒有完全理解，電路設計需要芯片選型，同學們覺得比較困難，不能靈活應用。通過功能仿真輸出仿真波形，分析仿真波形的時序，與真值表對比，將抽象的真值表轉化成具體的仿真波形，使學生能夠真正了解芯片的邏輯功能。以4位二進制同步加法計數器74LS163為例，利用74LS163的置數功能，設計10進制加法計數器，通過仿真波形，驗證電路能夠實現預期邏輯功能，仿真波形圖如圖2所示。

2.1.5培養實踐技能和創新能力

課堂上重視實踐技能的培養，為學生以后工作做好鋪墊：強化工程管理的方式新建管理工程，便于程序移植；規范VHDL語言代碼書寫規范和程序框架，強調注釋的重要性；引導學生根據設計需要選擇合適芯片，查閱芯片資料，提高學生搜集資料的能力；指導學生根據硬件電路連接進行引腳鎖定，編譯和下載程序；提高學生調試程序的能力，快速查找錯誤，如通過設置測試點來監測程序的執行，便于分析；強化功能仿真的使用，加深學生對時序電路的理解和分析。對于學生的進步和成果給予表揚和鼓勵，增加學生的學習興趣和信心。指導同學修改代碼，實現更豐富的功能擴展，鼓勵學生創新，激發學生的創新能力。讓學生的思維得到了擴展和鍛煉，提高了學生的編程能力，強化了數字電路的應用。

2.2強化過程考核

過程考核對學生的學習進步具有反饋和激勵作用，同時它也是教師課程考核的主要依據，因此，過程考核是教學的重要環節。此外，通過過程考核的反饋信息，可以看出哪些教學內容沒有完全被學生理解，這有助于教師有效的調整、改進教學內容和方法，提高教學質量。過程考核主要包括平時考核和期末考核。強化平時考核，提高平時考核占比為50%。過程考核全面整體反映學生在學習知識和技能、過程與方法以及情感態度等方面的表現。

2.2.1平時考核

平時考核主要由預答辯、學習通平臺線上考核和課堂表現。預答辯主要考核學生設計的總體框圖、軟件流程圖和芯片選型，解答同學的疑問并給予一定的合理建議。線上考核通過平臺大數據采集分析和處理，綜合線上各階段的學習給出綜合評價。課堂表現主要考核學生的實踐狀況、積極性和創新性。了解學生的課設情況，及時調整教學內容和方法，認真分析和總結學生在學習過程中存在的問題，記錄學生的平時表現。

2.2.2期末考核

期末考核主要由總結報告和答辯。總結報告主要針對本次課設內容進行數據分析和處理，總結數字電路設計的方法，積累實踐經驗，并形成書面總結報告。正文包括設計方案選擇（設計思路、設計原理、實現功能等）、程序清單（程序注釋）、調試過程（調試現象分析）、調試結果（最終實現哪些功能、未實現功能）和心得體會。答辯以小組為單位，主要考核quartus軟件的使用和實際所完成的硬件調試功能，檢查設計過程。首先學生自述總結數電課設，其次是問答環節，最后是組內互評打分。最后一次課的后45分鐘，進行課設答辯，檢查課設成果和報告。根據學生的項目設計與實踐狀況、答辯情況評定成績。總成績100分由預答辯（10分）、實際操作（30分）、創新（10分）、總結報告（15分）和答辯（35分）組成。

2.3教學改進實施的效果

教學改進有效的調動了學生學習的積極性，考核了學生的真實水平。考核成績呈正態分布，如表1和圖2所示。從最終成績統計分析看，過程學習認真的學生，考核的分數也較高，知識點掌握的較好。在數電課設的教學過程中，發現一些問題需要解決，如學生對VHDL語言語法掌握不牢，quartusII軟件操作不熟練等。通過實驗教學的改進，強化過程考核，有效的提高了學生的學習熱情和實踐能力。結合課程實驗，有多名學生參加學院創新團隊和電子競賽，有多名學生在今年的省大學生電子設計競賽中獲得三等獎，為后續專業課的學習打下基礎。

作者：李林 單位：大連理工大學城市學院電子與自動化分院