基于培养军校学员创新能力的数字电子技术课程的教学改革研究:数字电子技术

基于培养军校学员创新能力的数字电子技术课程的教学改革研究

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 引言 随着现代电子信息技术的发展和全球战略格局的重新 布局，世界各国正经历着一场前所未有的军事变革，决定这 场变革成败的关键在于军事人才，进入21世纪电子设计自动 化EDA技术、大规模集成电路高速发展, 无论是军用还是民 用都在应用数字电子技术,例如导弹、通信、计算机、航天、 医学、自动化、仪器仪表、消费类电子产品等领域。因此“如 何能够培养出专业素质高的复合型专业人才，已成为军校刻 不容缓的任务，“数字电子技术”是电类各专业的基础课, 具 有很强的逻辑性、理论性和工程性。该课程教学效果的好坏， 直接影响到后续课程的学习。在教学实践中，如果运用好的教学方法和教学手段，能促进学员理解和掌握课程内容，大 大提高教学效果。但在以往的传统教学方式中，存在着教学 互动性差、学员学习兴趣不高、理论与实验脱节等问题，教 学效果不太理想。

目前，国内大部分军校的数字电子技术教学仍停留在以 中小规模集成电路为中心的设计层面上，为了更好的与当今 国内外先进电子技术发展水平接轨以及适应全球新型作战 武器的使用，对数字电子技术的教学改革迫在眉睫。本文结 合教学实际以及中央军委提出打赢信息化战争的目标,论述 了目前数字电子技术课程教学过程中存在的不足以及难以 适应信息战对军事人才的要求,从理论教学内容、实验教学 内容、教学方法和手段等方面对该课程的教学改革提出几点 建议。

一、传统教学方式存在的问题 1、教材及教学内容陈旧，更新不及时 电子技术的发展日新月异，而目前国内很多军校所用的 教材版本老套、内容陈旧，新知识，新技术更新不及时，导 致学员学习的兴趣不大，积极性不高，教学效果不理想。虽 然新器件、新技术层出不穷，但许多教材仍然讲述的是基本 理论，基本器件和基本应用，其中有些理论、器件已经过时 或被淘汰，例如在很多超大规模集成电路中主要以CMOS为主。

数字系统设计中，对于底层结构的理解与否毫不影响系统集 成的设计水平，而现代电子技术和电子设计90%以上都是系统集成。

2、教学方法老化、教学手段单一 数字电子技术多年来一直是大班授课, 对学生是一个版 本的讲授,而学员的情况却是良莠不齐, 有的来自地方高考， 知识储备相对较好，有的来自战士高考，知识储备相对薄弱， 其次学员的接受能力也是参差不齐的。目前很多军校在教学 过程中，仍然沿袭过去的保姆式、填鸭式的教学方法，也就 是所谓的“灌输式、应试型”的传统教学模式，采用传统教 学手段，不能培养学员独立思考和自主学习的意识和能力。

3、实验内容单一固定、教学落后 对于数字电子技术的学习，离不开实验教学环节，传统 的《数字电子技术》课程采用的实验内容固定，老套，大多 是验证性实验，很难激发学员的实践兴趣和创新思维。实验 过程是教员讲解实验步骤,学员仅仅是简单的看看实验指导 书，然后根据教员的讲解步骤进行实验，过多的依赖老师， 这样很难达到实验教学的目的。在工程坊的管理上, 过去是 有实验开门、没实验上锁的管理模式, 学员在实验以外的时 间不能进入工程坊, 不利于学员动手能力的培养。

二、教学改革的方向和趋势 针对传统教学中存在的一些问题，为提高教学效果，切 实有效地培养学员应用和创新能力以及提高生长干部本科 学员的教学质量，火箭军工程大学电工电子教研室数字组全 体教研员经过长期探索特做出如下教学改革探索与实践：1、改革理论教学内容，提高教学效果 随着电子设计自动化EDA技术、大规模可编程逻辑器件 的高速发展，数字电路系统设计发生了前所未有的变化。

《数字电子技术基础》也应该随着科技的发展来做出相应的 调整，增加和删减理论教学内容。目前在数字电子技术课程 教学中讲述的还是标准逻辑器件。它们属于中小规模集成电 路, 包括基于TTL制造工艺54/74系列和基于CMOS制造工艺的 4000系列。这部分的内容理论性强，而且不易理解。然而在 当前的主流数字系统设计中，几乎不再使用此类逻辑器件， 可在教学内容中简化这一部分内容，因此简单介绍即可。再 比如，在传统的理论教学中教员会详细的介绍组合电路和时 序电路的分析与设计步骤，然而在现代数字系统设计中，摈 弃了传统设计方法的周期长、成本大、不利于模块化等缺点, 已经不采用这种自下而上的设计方式，而是采用“自上而下” 的设计方法。设计者从整个系统的功能要求出发，将设计分 为不同的功能子模块, 每个功能子模块完成一定的逻辑功能， 首先进行最上层的系统设计，而后将系统分成若干子系统逐 级向下，直至分成许多最基本的数字功能电路来实现。在教 学内容中，减少手工设计数字电路的内容，增加现代数字系 统设计数字电路的方法的内容，重点放在如何利用现代设计 方法来进行数字电路和系统的设计上。

为了切实有效地提高教学质量, 在讲述“数字电子技术 基础”这门课的时候,我们需要对数字电子技术基础课程的内容进行适当的调整,一方面根据当前的技术发展不断删减 陈旧的内容, 增添新的技术知识，大量精简压缩分立元件、 中小规模集成电路的内容, 简明扼要的讲述中小规模集成电 路及其应用, 另一方面,引入EDA技术设计方法,形成“以软 带硬、软件先行”的教学模式，通过讲述可编程逻辑器件的 应用与硬件描述（VHDL）语言, 学习利用可编程逻辑器件设 计数字电路系统。授课时对传统的理论教学内容做合理改进, 简要介绍传统的电路设计方法,着重向学生介绍从抽象到具 体、从整体到局部的自顶向下的设计思路。这样不仅体现了 教学内容的“广度和深度”, 学员也从中学到了一种全新的 设计理念, 有效地激发学生的求知欲，形成积极主动地学习、 应用数字电路知识的良好态度，提高了教学效果，具体为以 下两点：第一，选取合适的教材，选取的教材要遵循器件、 电路、应用相结合，以器件、电路工作原理及分析方法为基 础、电路应用为目的的原则，体现“难点分散、引导入门、 利于教学”的指导思想，又能包含数字电路EDA设计方法、 FPGA的开发与应用的现代电子技术的内容，第二，对学有余 力的学员来说（例如我校火力、信息、电力专业）的学员开 设更高一层的将理论与实验融为一体的选修课，引导学员向 更高一层的EDA设计技术发展,将大型软件和硬件设计统一 起来,增强大规模复杂系统的分析、设计和管理能力。

2、改革实验教学模式，培养学员创新能力 在知识更新速度日益提高的时代面前,要求不仅对理论教学内容,而且还要对实验教学内容进行改革已经势在必行。

火箭军工程大学建成以EDA技术为主，加强学员综合性、设 计性实验能力，掌握新技术，适应现代数字电子技术发展需 要的实验课程教学环境。数字电子技术是一门实践性很强的 课程[1]，过去上实验课，实验内容多数为验证性实验，设 计性、综合性实验相对较少。就验证性实验而言，一般是教 员讲解完，学员按照实验指导书一步一步操作，往往是动手 不动脑，效果不大。而设计性、综合性实验对于学生来说又 有一定的难度，再加上工程坊的开放与管理制度跟不上要求， 规定学生在工程坊有限的开放时间内完成任务，因而实验成 功率较低。在实践环节，建议除了保留原有的验证性实验外， 应增设课堂演示实验，实例以及综合性实验 2.1 验证性实验仅作为基本要求，额外增加课堂演示实 验 验证性的实验很难激发学员的兴趣和创新思维,再加上 单纯的理论教学是枯燥乏味的，不利于学员对理论知识的理 解。在课堂上增加一些演示实验[2]，将对教学效率和质量 的提高有很大的帮助。例如对组合逻辑电路仿真实验、时序 逻辑电路仿真实验、A/D与D/A转换电路仿真实验、555集成 定时电路仿真实验等讲解过程中，学员在学习的过程中不容 易理解，如果能利用实验演示，教员一边讲解一边演示，能 很好的帮助学生理解和掌握。然而传统的教学方法或手段限 于时间、设备等问题，教师很难在课堂上做演示。如果把Multisim软件应用到课堂演示教学中，将使《数字电子技术 基础》所涉及的抽象的课堂内容形象化、具体化。利用 Multisim这样的EDA软件，把EDA技术应用到教学环节中去， 不失于它的先进性，不仅有效的改变了教学形式，丰富了教 学内容，提高了教学效率，而且对培养学员的自主能力、创 造想象能力，都起到了积极的作用。

2.2 增加设计型实验，构建多元化实验形式 首先增加设计型实验教学内容, 如交通灯控制器设计、 多路智力抢答器设计、出租车里程计价表设计、数字时钟设 计实验等，其次开放实验室和增加“口袋实验箱”, 这样从 单一的实验室内实验形式转移到课上课下、实验室内外多元 化实验形式, 发挥学员学习的自主性和创造性, 既提高了学 生的实验兴趣、动手能力, 又通过实验更深地理解理论知识。

2.3 优化课程设计、改变实验室管理模式 根据教学目标和教学大纲，进一步优化课程设计, 将可 编程逻辑器件（CPLD、FPGA）的内容加入课程设计中, 使学 生对EDA技术有更深的掌握[3];
增设EDA实验课程,采用选做 与必做相结合,学员可根据自己的能力、知识水平和兴趣选 做实验。在实验环节上, 不仅内容上要与现代技术相融合, 在教学方法和手段上也要加以改进。改进以往由教师到学员 单向的信息传递, 增加教师与学员互动的环节。对于设计性 实验, 教员可以提出一些扩展的问题让学生思考或与学生共 同探讨,同样学生也可以提出自己的观点与问题和教师或其他同学讨论。这样做需要有一个保证, 那就是必须开放实验 室。因此在实验室的管理上, 必须改革旧的管理模式, 采用 开放实验室, 这样可以保证学生有充足的时间来做实验、思 考问题、与教师探讨。

2.4 构建开放式实验教学平台, 倡导学员自主学习 对学员要因材施教,为有兴趣的学员提供良好的学习环 境和创新研究场所,培养学员的团队协作精神。在创新实验 室学员自拟实验项目,在教员的指导下开展设计型和专题研 究型实验,结合校内外创新项目、电子设计大赛等活动,发挥 学员学习的自主性和创造性,充分展现出学员内在的学习活 力和创造力,极大地提高学员的学习兴趣,培养学员的动手 能力。

3、改革教学方法和手段，提高教学效率 随着课程教学内容的不断深入和国防、军队对人才需求 的多样性、多变性的要求, 我国的军校学历教育正向着综合 化、多层次、宽领域任职教育方向发展, 我们需对教学方法 和教学手段进行全方位的改革，在教学实施中，注重贯彻从 实际出发，由浅入深，由特殊到一般，从感性到理性的原则， 使学员的学习符合认识规律。采用启发式、导学式、研讨式 等多种教学方法，启迪、诱导学员思维；
合理运用各种教学 手段，充分发挥现代教学手段的优势，扩大教学信息量，增 强教学效果。

3.1 将多媒体技术、计算机仿真软件引入课堂为了有效缓解教学内容与教学学时压缩之间的矛盾，需 将多媒体技术引入课堂, 这样不仅增加了授课的氛围, 而且 激发了学员的学习兴趣。引入计算机仿真软件[4], 有利于 学员对电路的理解和对EDA技术的掌握。数字电子技术课程 强调电路状态的变化过程。如果能采用动态的显示这些内容, 一方面可以减少绘图时间、提高效率,另一方面以生动形象 轻松的方式使学生理解一些难理解的问题, 达到事半功倍的 效果。如讲述如何利用计数器的清零或预置端控制实现任意 进制计数器时, 通过利用EDA软件画出不同控制方式的电路, 并将对应的仿真结果以波形图的形式给出,让学员很直观形 象地理解电路的工作过程和各个控制端的不同功能,大大提 高了学习效率。

3.2 传统与现代实验手段有机结合, 加强学生工程实践 能力培养 传统和现代教学手段相结合，使学员既对电路图有一个 接受和分析的过程又可以使教学的信息量更大，教学内容更 加形象直观，表达方式更加丰富多彩。多媒体技术是当今现 代教育技术有效的手段之一,多媒体教学轻易地就解决了传 统教学很难实现的复杂图形再现的问题。此外多媒体技术体 现在数字电子的教学上的另一个重要作用是可以实现仿真, 多媒体教学对促进教学改革、提高教学效率和质量起到了极 其重要的作用。但这并不是完全舍弃传统教学模式，教师们 在传统教学中积累下来的丰富教学经验、授课艺术等优点也应保留,将多媒体教学与传统教学手段有机结合, 无缝衔接, 扬长避短, 创造更加活跃的教学课堂,进一步提高授课效果。

因此, 改革传统的教学手段,不能完全摈弃传统的教学手段, 而是做到传统的板书教学与现代的多媒体技术有机结合,才 能切实有效地调动学员的学习兴趣,吸引学员的课堂注意力, 达到最佳的教学效果。

3.3 引入双语教学模式 纵观全球战争形式，当下作战形式已不是过去的冷兵器 时代所呈现的那样，例如美军攻打伊拉克和发动海湾战争。

以现代电子技术为代表的电子战、信息战发展迅速，在国外， 前沿电子技术首先应用于国防和军队建设；
其次，在大量的 信息资源中外文资源占相当大的比重，只有全面掌握高新科 技信息、把握时代发展脉络，我国大国地位才能彰显出来， 才能更好的屹于世界民族之林。未来战争是“杀人不见血” 的信息化战争，对于军校学员来说，在数字电子技术这门课 程学习中掌握了双语不仅仅提高了自身素质，而且为取得未 来信息化战争的胜利奠定了基础。

3.4 改革考评方式 当下国内大学高分低能的现象普遍存在，以往的考评方 式仅仅是理论考试，一份试卷，一锤定音，为了遏制高分低 能的现象继续蔓延，当下要强调学员实际能力的考核，注重 过程考核，这样才能使教学的重点放到能力的培养上来。要 加重实验环节在整个课程考核中的权重。切实培养学生分析问题、解决问题的能力，开拓学员的创新思维，提高学员综 合素质，更快更好地与社会需求接轨。期末考核应包括卷面 成绩、实验操作和综合设计，卷面成绩的权重不应高于50%， 同时尽量减少记忆内容的考核，增加对应用能力的考核。

3.5 建设一支结构合理、教学水平高、教学效果好的教 学梯队 教学改革, 提高教学质量, 归根到底要依靠教员, 因此, 建设一支有师德、有修养、结构合理、高水平的创新型师资 队伍迫在眉睫。首先应当提高教员的自身素质, 教员要具备 现代化的教育理念、教学观念, 要掌握现代化的教学方法和 教学手段,其次应当增强教员的责任心、事业心和进取心, 树 立活到老学到老的终身学习观念, 不断学习新知识新技术, 把握学科前沿动态, 才能在教学中给学生正确的、有前瞻性 的信息导向,及时把新技术应用到教学活动中。

三、结束语 总之,理论教学内容、实验教学内容、教学方法和手段 及考试内容和方式的改革势在必行, 但教学改革是一个长期 过程, 它需在实践中不断摸索与完善, 为取得未来信息化战 争的胜利奠定了基础，以适应科学技术的发展和军队对高素 质复合型军事人才的要求。

参考文献：
[1] 谢剑斌，李沛秦，闫玮等．在数字电子技术教学中 培养学生创新能力[J]．电气电子教学学报，2010，32(6):5-6．[2] 孙肖子, 孙万蓉, 杨颂华, 张企民, 任爱锋. 全方 位、立体化、多视角课程建设的实践与体会[J]. 西安电子 科技大学学报(社会科学版) , 2003,13(3):10-13. [3] 康华光．电子技术基础-数字部分[M]．4版．北京: 高等教育出版社，2004:40-55． [4] 李皓瑜．数字电子技术课程中的案例教学浅析[J]． 高职教育．2014(1):197．