时间：2022-12-13 07:59:28
导语：在数字电路实验报告的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。
随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。
1高职院校实验教学存在的问题
数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0
2开设数字电路设计性实验采取的措施
通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。
2. 1构建实验教学课程体系
数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。
为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。
基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。
提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。
创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。
数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。
2. 2加强实验教师队伍的建设
近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。
2. 3开放实验室
为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。
2. 4建设创新实训室
为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。
2. 5完善实验考核机制
对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。
关键词：模拟与数字电路；电子技术综合实验；实验园地；虚拟仪器实验
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0151-03
一、背景
以模拟与数字电路为基础内容的电子技术实验是高等学校理工科专业学生重要的必修专业基础课，也是电子、计算机、自动化等工科专业的学生在大学教育阶段所要经历的一个重要的工程性实践环节，在培养学生素质和能力方面占有十分重要的地位[1]。而电子技术综合实验课程作为一门综合性的实践课程，与理论课程并行开设，其实验内容不再限制于某一门课程，而是把多门相关课程的知识相互渗透，有机融合。在一个实验项目或设计课题中，可以融合模拟电子技术、数字电子技术、EDA技术、单片机原理等知识模块，让学生运用多种技术完成一个完整的电子系统的设计，使学生对电子系统的设计过程有深入的理解，同时培养工程实践方面的基本素养。除了传统实验教学中的实验项目，课题设计还可以采用电子设计竞赛、科研项目、学生创新实践等方式，在“开放”的状态下进行，充分体现学生的主体性[2]。众所周知，软件学院的办学宗旨是要基于“精英型软件人才”的培养目标，一般的软件学院通常拥有软件工程和网络工程两个专业方向，而我院为了强化“精英型软件人才”的培养目标，在本科二年级时又开设了嵌入式和物联网两个专业方向，这两个专业方向的学习需要有更好的硬件基础，这也是我院面向本科一个年级800人开设模拟与数字电路理论与实验课程，并且实验教学采取独立设课的方式的重要原因。嵌入式与物联网专业与电子技术等硬件课程的联系要较为紧密一些，对于目前的模拟与数字电路教学，从事这两个专业方向学习的学生往往会感到学得不够多，不够深入。许多有志于这两个专业方向学习的学生，在做完基础的模拟与数字电路实验后希望，还能有机会到实验室做一些额外的、提高性的实验。而不从事这两个专业方向学习的软件工程和网络工程专业的学生，往往体会不到学习电子技术等硬件课程的重要意义，简单的认为在软件学院学习，只要把“软”的东西搞明白就可以了，不应在“硬”上浪费时间。因此，结合我院目前本科生的教学体系、培养目标以及开设的相关硬件课程如：51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，构建“电子技术综合实验教学体系”就显得有重大的意义，能够使基础的硬件教学与软件学院的教学体系和培养目标建立起联系，体现了硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。除此以外，目前在全国众多的软件学院中，另外，还没有发现一所软件学院提出构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革活动。著名的大学如北京大学是将软件与微电子学院放在一起合办，尽管如此，北京大学也没有面向软件工程、网络工程将近800人的、规模庞大的模拟与数字电路的实验课程，因此，我院进行构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革实践就显得特别有意义，能够起到“示范性”的作用。
二、研究基础
我院自2008年开始在本科生的教学体系中引入独立的模拟与数字电路实验课程以来，取得了许多积极的教学成果：（1）有力的辅助了模拟与数字电路理论课的教学，使抽象的理论课不再生涩难懂。（2）通过动手搭电路的实验很好的煅练了学生的操作能力，通过实验学生的实践能力得以提高。（3）对我院其他专业方向的如计算机组成原理等理论与实验课程的教学提供了有力的支持。（4）教学模式不断改进，部分实验，如仪器使用的教学方式完成了由传统的“老师讲，学生跟着做”到以学生为主体，旨在培养学生“自主学习和创新意识”的开放式教学。在数字实验部分设立了“选做”实验项目，面向能快速完成必做实验部分的、有兴趣做更多学习和尝试的学生。（5）规范实验教学的流程，引入了实验报告册，在报告册中明确规定实验的预习、操作、总结部分的要求。（6）在现有课程教学基础上，结合我院嵌入式工程专业的培养目标，开设了一门提高性质的开放式电路设计实验课程“嵌入式电路设计开发与应用实践”。
但现在的实验教学仍有许多不足之处：（1）实验内容陈旧，所用元器件型号过时，需要更新。（2）实验项目仍然偏少，不够丰富，可供选择的余地小，大大的限制了学生自主性的发挥，不利于创新型、研究型的学习。因此，验证性、综合性、设计性的实验项目均应增加。（3）教学模式僵化，手段单一，仍以传统的老师在课堂上按部就班的指导，学生跟着按实验步骤进行操作验证为主，学生没有自由发挥、进行创新型学习的机会。实验室目前仍没有完全实现开放，而学生的专业学习任务较重，课程设置多，很难有整块的时间和专门的机会通过更多的实验训练获得提高。（4）实验课程考核的方式单一，除了批阅实验报告之外，成绩评定主要以学生完成实验的快慢为主，即主要考核学生的学习态度，认真预习的程度及实验动手操作能力的高低。（5）尚未形成一个有效的综合教学体系，使模拟与数字电路实验课程能更好地融入我院的整体教学体系当中。
三、研究思路
基于以上的原因及分析，应结合目前我院的教学体系及专业培养方向，以现有的模拟与数字电路实验教学为基础，以“开放式”教学为主要依托，构建“电子技术综合实验教学体系”，以求根本解决我院目前模拟与数字电路实验教学中存在的各种问题。
1.建设电子技术综合实验园地[3]。建设电子技术综合实验园地是本研究课题要实现的基础目标，是构建我院电子技术综合实验教学体系的基础。
实验园地中的实验项目如图1所示分为以下几大组成部分：①实验基本技能训练园地，实验基本技能训练园地主要包括：如何进行实验预习，如查找资料，对实验进行理论分析；实验操作中的FAQ；实验总结报告的书写要求；电路设计仿真软件的入门；嵌入式C、汇编语言的集成开发环境的使用；VHDL、Verilog等硬件设计语言及ISE开发编译环境的使用；EDA技术基础如电路板的原理图、PCB板图的设计；电路焊接的基本技能培训等。将实验基本技能训练部分的资源放置于我院的ftp课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。②专用仪器设备园地，在专用仪器设备园地中，可获得示波器、万用表、函数信号发生器、直流稳压电源、电子技术实验箱、实验操作面板等仪器设备的使用说明书，操作实例，操作课件等。③基础模拟与数字电子技术实验园地，按照基础模拟与数字电子技术通用的理论教学，实验园地可分为四大模块[4]：模块A：常用电子元器件，包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管等，模块A是模拟与数字电子技术的共同基础。模块B：模拟电路模块，包括基本放大器、差动放大器、功率放大器、运算放大器、反馈放大器、信号发生器、直流稳压电源等，该模块是模拟电子技术的主要内容，着重让学生掌握模拟电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模块C：数字逻辑和数字电路模块，主要包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生与整形、大规模集成电路（半导体存储器、A/D和D/A等）。模块C是数字电子技术的主要内容，旨在让学生掌握数电的基本知识及常用数字集成电路，学会逻辑分析和逻辑设计的方法。模块D：可编程逻辑器件模块，目前常用的可编程逻辑器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM，模块D是数字电路领域发展较快的一项技术，通过与EDA技术的结合，使通过软件编程的方法实现硬件设计成为可能。④演示实验教学园地，将演示实验教学园地分为三大模块：模块A：实物演示实验教学，实物演示实验教学是从实验结果入手的教学方法，有助于从总体设计方面建立深入的宏观印象，趣味性的结果还有助于激发学生的实验学习创造的兴趣，使学生在充分理解了现有实现方法的基础上，积极探求不同的实验思路和解决方案。“实物”既可以包括实验教师为某项实验所设计的专用演示电路实验板，也可以包括学生创新实践过程中的设计产品，当然也可以是实验电路搭接后结果的视频演示。演示实验教学系统也可以通过多媒体PPT课件，WORD或PDF文档、视频的形式集中于我院的FTP课程网站或学院网站上，根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。模块B：虚拟仪器实验，建设基于Labview的3D电子技术虚拟实验室。可以满足学生进行常用仪器设备的熟悉与使用，验证性实验的虚拟仿真等。如图2所示为实验中心自主开发的“三维虚拟实验室”软件系统，目前该系统正在研制。
通过对实物如仪器设备、电子元件等的虚拟，使学生对电子技术实验形成全方位的了解，为深入实验做准备，虚拟实验还可以减少针对仪器设备、电子器件的误操作，降低设备器件的损耗，延长使用寿命，减少维修维护的工作量。虚拟实验的教学可以不受时间、空间的限制，学生可以在实验室开放的时间到实验室来做实验，也可以在公共机房安装有该软件系统的PC机上完成实验任务，甚至可以在宿舍、网吧、图书馆等有网络环境的地方通过网络进行实验教学，真正实现实验教学的“开放式”。模块C：电路仿真实验，许多EDA软件就具有电路仿真功能，针对简单的验证性实验，电路仿真往往显得特别有效，如RC电路的实验，实现过程非常简单。如果在进入实验室之前就能利用EDA软件针对不同电阻R和电容C进行电路仿真，根据仿真的结果确定所需要的电阻、电容，就可以大大节省查找器件的时间，降低了在实验室中找不到该器件的风险，提高的实验学习的效率，有助于开放教学过程中更高效的使用实验室。相比于实物演示教学和虚拟实验教学，电路仿真更显得专业化。⑤提高性实验园地，提高性实验园地的建设是构建“电子技术综合实验教学体系”的关键，是使电子技术综合实验教学能与软件学院的教学体系和培养目标建立联系的重要环节，体现硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性，实现软硬兼顾。结合我院本科生教学体系及专业培养方向的实际，以及我院目前开设的51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程，提高性实验教学园地包括三大模块：模块A：单片机硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写C、汇编程序编译成HEX文件用编程器写入MCU实验箱上搭接电路实现功能制作PCB板（可选）。单片机硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路、单片机原理及应用、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块B：FPGA硬件实验，实验方式为，设计电路原理图进行电路仿真（可选）编写VHDL、Verilog语言程序编译生成bit文件烧写到可编程器件内搭接电路实现数字逻辑设计或系统功能。FPGA硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是数字逻辑）、计算机组成原理及体系结构、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块C：通信原理硬件实验，通信原理理论课程是我院网络工程系开设的一门专业课，为了深入这门课程，必须具备坚实的模拟（包括低频、高频电子线路）和数字电子技术基础。目前，我院尚无完善的硬件实验课程与之匹配，因此可在提高性实验园地中加入这一模块。通信原理硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路（尤其是高频电子线路与数字逻辑）、网络技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。
四、结论
由以上分析得出如图3所示的“软件学院电子技术综合实验教学体系”的基本构思。
实验教师应是电子技术综合实验园地的建设者，在利用园地中的各种实验项目及资源做好基础及提高性实验教学的基础上，承担实验园地中实验方案与任务书的设计工作，在实验项目开发的过程中，针对不同水平的学生，逐渐形成验证性，综合性，设计性实验教学的层次。做为电子技术综合实验园地的使用者的学生，在传统的课堂教学与“开放式”教学相结合的基础上，逐渐与实验教师建立新型的教与学的关系，如：学生自已选择现有的实验项目，尽可能的独立完成实验，实验教师仅起到辅助指导的作用；教师根据学生的水平，将现有的多个验证性实验综合，形成实验方案，引导学生独立完成；学生独立设计实验方案，寻求实验教师的建议及帮助，尽可能的完全独立自主的完成电路设计及实验验证。实验园地的建设会为基础、提高性实验教学提供更多的实验素材，有助于丰富实验教学内容。教学中产生的问题有助于丰富实验园地中的实验项目的建设，使教师、学生在进行实践教学的过程中有更多的选择，有助于扩展学生的知识面，提高实验教师的教学水平。总之，三者之间的良性互动将创造一个良好的教学实践环境，切实提高实验教学水平和教学质量。
鸣谢：本文受到2013年大连理工大学教学改革项目“立足精英型软件人才培养目标的电子技术综合实验教学体系的构建”项目资助。
参考文献：
[1]侯加林.全面实施电子技术实验改革提高学生创新能力[J].实验室研究与探索，2009，28（1）.
[2]姜宁.高校电子技术综合实验开放式教学研究[D].陕西：延安大学，2011.
关键词：数字电路；实验教学；教学改革
数字电路实验是数字电子技术课程的重要实践环节，进一步培养学生工程能力的一门专业技术基础课，是一门实践性很强的课程。学生通过验证、自行设计电路，安装，调试电路，排除电路故障，初步掌握数字电子技术的原理，并能根据需要合理选用所需集成电路，设计并制作出实际电路，培养学生的工程实践能力，提高动手操作能力和创新能力，为后续专业学习打下坚实的基础。但目前学院的数字电子技术实验教学从教学内容的设置到教学方法的运用都存在一些影响学生基本操作技能形成的不利因素，必要进行改革。
1 实验内容的改革
数字电路实验是一门理论性和实践性都很强的课程，但是目前学院所使用的教材多为验证性实验，而且偏重理论和实践性的内容较少，实验内容相对简单。内容老化，手段单一，造成大部分学生动手能力得不到加强，不利于培养学生的综合分析设计的能力，不能适应当今社会对应用性、创新型人才的要求。
根据学生知识、能力培养的总体要求，合理编排实验内容。在实验内容的选定上，既有一定量的验证型实验，也有适量的设计型、综合型实验。两者缺一不可，各自起作用，比如：集成逻辑门电路的功能测试。属于验证型实验，该实验主要是帮助学生认识基本的逻辑芯片，验证基本逻辑芯片的功能，与此同时，在单纯依靠实验台时，可以适当结合计算机仿真软件，增加适量仿真型实验内容。在实验的操作过程中，把每个实验都分成两部分，第一部分是基础实验，通过实验是学生进一步巩固和加深对相关课程基本理论的理解，巩固基本概念、提高综合运用所学知识的能力；第二部分是延伸实验，目的是进一步提高学生对教学系统的理解、培养学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新能力，培养学生进行科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。
2 实验教学方法的改革
实验过程机械化。实验过程一般是在实验箱上，学生按照老师的要求进行实验。每个实验分两节课。从实验内容、所用仪器，到实验步骤的安排，学生都没有选择的机会，处于一种相对被动的地位。因此，实验给学生的印象较肤浅。
实验设备比较陈旧、易损。 学院对实验室的资金投入不足，仪器质量不佳、易损。在实验过程中，元器件老化、损坏不可避免，但需要及时更新。检查芯片的好坏和线路相当复杂，每周的实验课时又多，严重影响教师和学生的学习。鉴于上述等等原因，笔者提出一些改进措施如下：
2.1 增加实验学时
基础实验、综合设计性实验、仿真实验学时分别按 3∶4∶3分配 ，以全面提高学生理论联系实际的能力、知识综合能力、创新设计能力。实行实验单独设课与实验成绩单独计算 ，极大地提高了实验环节在整个教学中的地位，改变过去实验教学只是从属于理论教学，实验学时不足，综合性实验偏少，创新性实验缺乏，实验质量的好坏对成绩影响不大的弊端。
2.2 改革考核方式
为了做到对学生的全面评价，实验成绩应标准化、定量化。实验课程的最后一次实验课程内容为实验考试，实验考试内容以考查学生完成综合性和设计性实验的实际能力为主旨，按A、B、C、D、E 评定成绩，该成绩占总成绩40 %。其中，实验报告占总成绩20%，平时的实验表现，特别是综合设计性实验的实验操作及完成情况占总成绩40% ，作为判断学生能力和全面发展的一个重要依据，这样提高广大学生的实验热情，变被动为主动。
3 改革实验教学手段
3.1 实施开放实验室
由于以往实验室横向定时开放，学生不能长时间的在实验室进行实验设计。横向定时开放指的是实验室只是根据课程表的安排，在规定的上课时间内开放。但是综合设计性实验不同于一般的验证性实验，需要的时间相对较长。为了能让学生学到更多的实验技术和科学的实验方法，从而也很难提高其实验技能和动手能力，必须开放实验室。开放实验室，首先，要求学生熟悉并已经掌握了简单的实验设备的使用。其次，要求学生在前一个星期就必须选择实验内容或者补做上课的实验内容。第三，要求学生必须严格遵守开放实验室管理条例进行实验操作。
3.2 仿真软件的使用
Multisim仿真软件具有丰富的元件库、虚拟仪器与仪表功能以及强大的仿真功能。教师可以借助该软件对数字电子技术中的部分设计型、综合型实验进行教学，引导学生使用Multisim设计数字电路，是学生能够通过反复修改设计，最终完成实验教学任务。在理论教学环节中，教师通过使用Multisim仿真软件，能够在理论教学过程中对数字电路进行现场演示并分析，用Multisim仿真软件进行仿真教学，教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种集成逻辑芯片的特性。演示小规模集成电路的工作情况。
4 结语
在数字电路实验工作中，我们不仅注重实践动手能力的培养，更注重逻辑思维能力、综合运用知识能力、创新意识的培养，更要学生掌握工程设计的主要程序和方法，树立正确的设计思想。此外，如何将硬件和软件有机结合起来，如何利用现有的实验条件，对于实验室系统的运行和管理进一步完善，这些都还需要继续探讨。
参考文献：
[1] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.
[2] 余魅.论实验教学改革与创新能力培养[J].实验科学与技术，2004，9（3）：45-46.
[3] 朱孝钦，杨明，胡明辅.实验教学与改革初探[J].实验室研究与探索，2004，23（5）：84-85.
不断改进教学方法
体现了学科发展的前沿动态和双语教学的特点，使学生在了解电路的专业知识的同时，提高学生计算机专业的英语水平。1.课堂教学。针对管理的科学性与艺术性相结合的特点，深入研究和实施启发式、互动式以及案例式等教学方法[4]。课程首先要建立“与”“、或”“、非”的概念，即“与”就是要满足所有的条件；“或”就是只要满足其中任意一个条件“；非”就是反相。其次建立实际问题和数字电路的逻辑关系，由实际问题到电路就是设计，由电路到实际功能就是分析，用到的工具就是布尔代数，学好布尔代数就能应对数字电路的千变万化。对于这些基本理论和概念，与实例相结合进行讲解，让同学们建立起课程内容的基本框架，理解课程所处的地位和学习的方向。2.实验教学。在教学中注重理论与实践相结合，为学生了解计算机硬件打下坚实的基础。理论教学的同时，配合相关的实践教学，实践教学包含硬件实验和软件实验教学，硬件实验主要是动手搭建简单的电路，深刻了解计算机电路原理。软件教学配有虚拟实验室教学软件，学生可以自己利用虚拟软件完成复杂电路的搭建。学期末安排课程设计，学生根据学过的电路知识，设计红绿灯、计数器等电路。经过几年的探索和教学实践，形成了实践—原理—实践的授课模式。在强化专业知识的同时，加重了实践在授课中的作用。通过课外动手实践小组、THD-1型数字电路实验箱硬件模拟、EWB软件仿真等，使学生从多角度多层次了解数字电子技术知识，有效地调动了学生的学习积极性，促进了学生积极思考，激发了学生的潜能，注重对学生知识运用能力的培养，效果明显。3.考试方法。考试方法规范化与灵活性相结合，严格按照学校要求统一规范命题、考教分离等原则进行考试，根据《计算机电路基础》教学大纲要求和教学进度计划精心设计两套符合课程要求的外文试卷。平时成绩评定中采用多样化的考试形式，依据各个环节采用不同的形式。如课堂中英文问答、课程设计、中英文课外作业、实验报告等。充分发挥教师在教、考中的积极性、灵活性和主动性，提高学生专业术语的中英文口头表述能力、创新思维能力和实践创新能力。在教学过程中，不断完善和更新教学大纲、授课教案，完成实验指导教材的编写。实验教材不仅符合学生的学习特点，而且应用性强，重在培养学生的动手创新能力，同时配合新选用的教材、充实和加强现有的辅助资料，收集和编写反映计算机电路特点的设计案例，不断充实教学资源，提高教学效果。
学生的反映
在教学过程中，我们对学生进行了问卷和随堂调查。同学们反映：刚开始上课时，看到大量的英文词汇感到很不适应，但是随着学习的深入，大家由入门到逐渐领会，感觉英文教材比中文教材内容更容易阅读和理解。所以双语教学可以让学生掌握专业的英语词汇，专业的学习和英语的学习相互促进，同时可以及时跟踪学科的前沿动态。教学中我们除了要求学生通读教材的正文和阅读材料外，还为学生提供了广泛、深入的自学资源，为学生自主学习提供便利。这些资源包括：每一讲的课件、数十种中英文参考书目、大量的网络教学资源、专业术语的英文解释或定义、习题答案等。采用双语教学，可以促使同学们充分利用电路基础的相关优秀教材、网上精品课程、电子书籍等，深入理解学习计算机电路知识，同时拓宽知识面。由于课程采用英文讲解计算机电路的基础知识，所以良好的英文基础是学习本课程的关键。对于英语基础相对较差的同学可以在学习本课程的过程中多查词典，多问，学好专业知识的同时，也可以提高英语成绩。学生既学好了专业又能接触到“原汁原味”的英文，可以说是一举两得！《计算机电路基础》课程有比较完整的理论体系，同时还具有很强的实践性。在双语教学过程中，我们不断改进教学方法和教学手段，积累了一些经验，形成了实践—原理—实践的授课模式。但是双语教学研究是一项艰巨的长期任务，目前还有许多问题，需要我们在实践中不断探索解决。
作者：王秀贞 侯艳艳 刘彩霞 单位：枣庄学院信息科学与工程学院
关键词：数字电子技术 EDA技术 课程整合
一、引言
高职教育的培养目标是适应社会发展需要的一线技术型、应用型人才，这种技术型、应用型人才应具有基础理论知识、技术应用能力等。高职电子、电气、计算机及相关专业开设的数字电子技术是重要基础课程。传统的数字电子技术教学只懂得电子技术的基本理论和方法而不懂现代电子技术的设计方法，无疑对就业和未来潜力的发展都是一种阻力。为了改变传统理论课程与实践教学相分离的状况，获得更好的教学效果，将EDA （Electronic Design Automation）技术引人教学环节，显得十分必要。将EDA仿真软件运用到高职的电子技术类课程教学中去，不仅可以丰富教学内容，提高教学水平和教学效率。
二、传统教学中不足点
（一）传统的教学目标不符合高职教育对人才培养的要求，教学内容的重点仍放在逻辑门，触发器的解释，中小规模集成电路的使用方法，数字电路系统的设计还是以真值表和逻辑方程的表达，手工打造的电路模块的电路板设计，调试的方法，使得复杂的电路设计是非常困难的。电子技术发展的今天，分立元件和中小电路已由大规模集成电路取代，这种教学内容和电路实验已经不能满足电子技术的飞速发展的需要，其重要性将继续减少。
（二）教学手段单一，教学方法和实验资源不足。“黑板十粉笔+实验”的教学方法不利于调动学生的积极性。在理论教学中，“数字电子技术”课程逻辑性强，内容大多是抽象和难以理解，教师使用传统的“黑板+粉笔”的教学模式，不仅学生觉得无聊，而且教学效果不理想；并在实验教学中，由于资金短缺的压力，往往不能完全满足学生实验需求。
（三）教师素质没有及时改善。传统教学模式下的数字电子技术课程教学，教师没有学习新的知识和技能，因此，不能在在电子技术教学中增加相应的设计方法和EDA技术的知识，同样的课程是由两位老师分别担任，这可能不能对基本知识和和先进设计方法进行有机结合，更不会有好的教学效果。
三、EDA技术
（一） EDA技术概述
EDA（Eleetronie Design Automation）即电子设计自动化，它以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制的电子CAD通用软件包。它可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合与优化以及逻辑布局布线、逻辑仿真，完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射，编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯。它不仅为电子技术设计人员提供了新的设计理念，同时也为教学提供了科学而便捷的平台。
（二）EDA技术的功能
（1）EDA软件平台中具有各类元件设计数据库模块。丰富的元器件库不仅为学生掌握各类电子元器件提供了坚实的基础，也可以通过元器件库了解各种元器件的性能参数，并为创新设计提供了取之不尽且零消费的试验元件。
（2）EDA软件平台中可以完成电路原理图的设计。通过这一功能可以完成各类元器件构成的电路原理图。通过原理图的设计可以帮助学生理解原理图的结构及各级电路之间的关系，对学生读图和识图起到事半功倍的作用。
（3）EDA 软件平台中具有综合仿真模块， 可以进行多种类型的仿真分析。分析结果波形图显示出来，直观、清晰。
（4）EDA软件平台可以进行多种类型的仿真分析。分析结果以数值或波形图显示出来，丰富直观的逼真数据不但为学生进行电路分析提供方便，而且其得出的结论更满足理论论证和接近实践性。
四、EDA技术与数字电子整合的优点
（一）课程整合的必要性
大多数的高职院校将“数字电子技术”课程放在第二、三学期学习，“EDA应用技术”课程放在第五、六学期学习，这种先学习理论后进行实践的传统教学模式主要以熟悉工具软件的使用和一些数字电路验证实验为主。从理论到实践教学使学生学习数字电路的理论知识和实践教学脱节，无法解决实际问题，所以传统的教学模式已经不适应EDA技术发展的需要，需要将“数字电子技术”和“EDA应用技术”课程合并成为新课程：“数字电子EDA技术”。
（二）EDA在数字电子技术中应用
（1）在课程内容体系中，基于EDA技术与数字电子技术的数字系统的设计，体现了“数字系统EDA设计”和“数字电子技术应用”的核心技能。在数字电子EDA技术课程中，从培养学生工程应用能力和创新意识的角度基于教学的组织和实施，内容分为多个基本知识模块和创新实验模块，构成一个能力培养层次化、教学内容模块化、理论和实践紧密结合的课程体系。
（2）EDA技术与数字电路教学的整合。教学中，介绍了EDA技术在数字电路课程设计的教学和实验中的应用，学生只要学习EDA软件和VHDL语言就可以自行进行数字电路实验。在学生课前对实验项目设计时，对使用MAX + PLUS原理图设计或描述VHDL电路，进行综合适配。综合适配成功后，然后进行仿真分析，模拟结果与设计的特点是否一致。若不一致则对原理图或文本进行修订，综合，自适应，仿真，直至一致。最后，下载自己完成的逻辑设计，在实验系统上对硬件进行测试，最后根据数据写出实验报告。
（3）引导学生进行独立研究的实验室实验中，鼓励学生创建课外兴趣小组，共同研究学习中遇到的问题，一起合作开发大家感兴趣的电子设计。在设计与综合实践中，给学生实际的项目和目标，引导学生讨论计划，方法。学生完成任务的所有方面，根据任务目标，进行信息检索，实验设计，设备调试，实践结果的测量和处理，学生在明确任务目标的基础上，充分发挥主观能动性，培养学生的独立工作能力。
（4）采用国际标准和提高学生的英语水平。由于EDA编程语言的应用技术和相关软件都是英文版本，相关网站和一些新知识也是英文的，因此，要鼓励学生提高他们的英语水平，参阅相关的外文资料，加深对电子设计的理解，通过浏览相关的国外大型网站，激发学生的学习兴趣。
五、总结
EDA技术引入数字电子技术的理论教学与实践教学中，采用先进的教学方法，学生不仅可以直观地了解电路的相关原理和工作过程，而且还可以修改电路形式或参数，还可以培养学生的实验能力和创新能力，激发学生的学习电子电路设计先进技术的兴趣，培养学生主动探索，努力进取，团结协作精神。
参考文献：
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【3】王艳芬.数字电子电路及其EDA技术[M].化学工业出版社，2007.
1教学体系构建
实验教学示范中心坚持课程建设与人才培养相结合、教学与科研相结合、理论教学与实验教学相结合、虚拟仿真与真实实验相结合的原则，构建了“123456”虚拟仿真实验教学体系，如图1所示。“123456”虚拟仿真实验教学体系包括：1个目标——以创新创业能力培养为目标；2个融合——通过第一课堂和第二课堂之间知识互补、机制互动的融合，优化整合优质教育资源；3个集成——着力打造数字逻辑理论课程、实验课程和特色拓展实践课程之间系统集成，从单元学习和设计、再到系统学习和综合设计的全过程教学；4个导向——引导学生通过研发或设计成果展现其成功自信、专业能力、为学情操和绩效责任等能力和素质；5个模式——通过探究式演示、观察和验证、反设计推论、网络学习和创新创业项目训练5种自主学习模式，完成知识学习、运用和能力训练；6个能力——培养学生的工程知识运用、方案设计开发、现代工具使用、工程社会分析（工程中的社会因素及工程对社会的影响分析）、团队沟通表达、项目工程管理6个方面工程实践和创新能力。依托省部级实验教学示范中心打造高起点教学平台，在教材建设、设备研发、项目开发、考核评价方面，开发高水平、高质量的优质共享教学资源，保证虚拟仿真实验教学体系高质量、高效率的运行，从而在专业技能、研究潜能、合作交流、项目管理方面能够实现全方位培养创新人才。
2教学资源平台设计
2.1设计原则。坚持以学生为中心、以实践为中心、以能力培养为中心的设计原则，以解决复杂工程问题为主线，引导科学思维为目的，把理论知识、实验技能以及创新意识融入到“计算机逻辑设计综合实验”课程的理论学习与工程创新实践教学当中，既要体现知识的综合性与工程创新性，又要体现能力与素质培养，遵循认识理解消化实践提升创新的循序渐进认知流程。学生可根据已有的知识、技能、爱好以及工程创新意识进行理论知识学习与工程创新实践。通过以做带学、以学促做，激励自主科技创新学习，充分发挥自身探究能力特长，创造性地解决教师提出的复杂工程问题。2.2技术架构。计算机逻辑设计虚拟仿真实验网络平台（以下简称“平台”）包括理论学习、虚拟仿真实验、辅助功能和系统管理4个部分，如图2所示。平台基于Web技术构建，采用B/S架构.Net框架开发，插件为Multisim，选择SQLServer作为服务器后台数据库，托管校园网数据中心。客户端既可以在校内通过校园网直接访问仿真平台，也可以在校外通过Internet访问，支持500个并发用户。平台基于全局的实践教学观设计。在设计中，注重学生设计的规范性，如系统结构与模块构成，模块间的接口方式与参数要求；在调试中，注重电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，注重分析系统的误差来源并加以验证；在学习中，注重对学生引导，加强学生对知识的理解、吸收、拓展和提升。2.3虚拟仿真实验项目。以急需的实验教学信息化教学内容为指向，将复杂工程问题和教研成果转化成示范性虚拟仿真实验项目。深入融合教研成果，依托信息技术，研发数量众多、内容丰富、类型齐全的虚拟仿真实验项目，与企业的真实案例和实用技术相当，提供工程氛围的实验教学条件，具有模块化、层次化、多元化、系列化特色，引导学生探索工程创新项目研发过程，掌握科学研究基本方法，强调人人都能成功，激发学生内在的学习动力，使学生由被动式学习变成主动式学习，以便加快工程创新人才培养。（1）逻辑测试实验。让学生熟练掌握逻辑门、编码器、加法器、寄存器、计数器等常用数字集成电路使用和测试，相比实物操作，可达到事半功倍的效果。（2）数字单元实验。让学生熟练使用逻辑门、编码器、译码器、触发器、寄存器、计数器、RAM、ROM、DAC、ADC等，进行简单应用电路的设计、理论计算、电路图绘制、仿真分析以及调试等全过程，具备分析和解决一般性工程问题的能力，养成实事求是的科学作风和认真严谨的科学态度。（3）数字系统实验。让学生熟练掌握常用数字系统、数字式控制器、数字式电子仪器、接口与数据通信等系列工程项目所涉及的学习研究、方案论证、系统设计、仿真分析、设计修改、实验样机制作、设计总结等全过程，具备利用数字逻辑技术知识构成数字逻辑系统的意识，能够应用数字逻辑技术的基本原理对工程复杂问题进行分析和设计，熟悉和掌握科学研究的基本过程及方法。2.4教材编写。为了拓展教学内容的广度与深度，编写与课程相关的工程教育系列教材，如《数字逻辑与仿真设计》《数字系统实验设计与指导》《数字电路实验与实践教程》等。新教材具有可读性、实用性和技术性，让学生感到学有所值、学有所用，无论是在课堂上学习，还是在课外自学，都能在一定程度上帮助学生学习掌握工程基本要素、工程技术设计方法和分析方法。2.5服务方式。（1）在实验的时间、空间、内容和仪器设备方面为学生全面开放。互动可视化操作贯穿于全过程中，实现自主学习、自主实践、自主创新。（2）为课堂教学、远程教学、学术交流提供有力支持。（3）让其他高校学生和社会上的学习者分享学习机会。（4）为各种竞赛培训、个性化培养提供便利，打下坚实基础。
3运行机制
平台提供的虚拟实验环境近乎真实情境，与实际工作相似，能够激发学生实验兴趣和学习动力。学生能够亲自动手接触电路，边学习、边设计、边实践，完全沉浸在现实的学习、工作情境中。虚拟仿真实验教学整体实施过程包括实验准备、实验仿真、实验总结和自我评价4个阶段，经过21个具体环节和步骤。3.1实验准备阶段。（1）实验需求分析：通过在线教材或者互联网自学，查阅与实验题目相关的背景资料，进行理论知识、实践技能等方面准备。（2）方案设计与论证：学习教材的相关内容，还可以查阅其他设计方案资料。（3）技术性能参数设计：选用教材中给出的数据，还可以自行调整数据。（4）电路结构设计及理由：按照教材中指定的去做，还可发挥自身创造力。（5）理论推导：按照教材指定步骤，进行公式推导及理论计算。（6）实验设计报告编写：归纳整理步骤（1）—（5）所形成技术资料，完成实验设计报告编写工作。3.2实验仿真阶段。（7）电路下载：在线浏览、下载虚拟仿真电路，进入虚拟仿真实验环境。（8）电路检查：按照设计报告或教材，严格仔细检查电路及线路连接。（9）仪器仿真数据测量：参照教材，选择合适的测试点，接入相应的仪器仪表，仪器参数设置，运行电路，观察测试点波形和状态变化，记录测量数据。（10）实验分析：对实验数据、波形、曲线进行认真仔细分析、研究，判断设计的合理性、正确性以及存在的问题等。（11）设计修改：以达到电路性能指标要求为目的，或适当提高技术性能参数。（12）电路布局调整与子模块电路生成：规范或完善电路设计，并为进一步设计提供便利。3.3实验总结阶段。（13）实验过程描述：主要包括设计方面、操作方面、分析方面等环节。（14）实验数据整理：整理实验数据，输出波形，绘制曲线，要求实验数据表格规范，波形、曲线图清晰、全面，且大小适中。（15）实验结论：利用数据、波形、曲线，阐述设计的技术性、改进性、创新性等。（16）技术讨论：围绕实验过程、改进性、建议等展开讨论。（17）实验收获：阐述宏观知识、技能等方面的收获、水平和提高。（18）实验情况报告编写：归纳整理步骤（7）—（17）所形成技术资料，完成实验情况报告编写工作。实验报告=实验设计报告+实验情况报告。3.4自我评价阶段。（19）实验报告成绩：参照实验报告评分指标体系，自行估算得分情况。（20）实验操作成绩：参照实际操作评分指标体系，自行估算得分情况。（21）实验成绩：实验报告分值100分，实验操作分值100分。实验总分=报告分数×40%+操作分数×60%。成绩等级：90~100分为优秀，80~89分为良好，70~79分为中等，70~69分为及格。
4结语
【关键词】EDA；电子技术；实验教学；电路设计
引言
电子技术既是电子类专业的重要专业基础课，又是一门技术性较强的专业必修课，学生除了要掌握扎实的理论基础，还要具备分析、设计以及应用电路的实践能力。实验实践则是加深和巩固学生动手实践和创新能力所必须的一种教学手段和教学途径。本文对电子技术实验的薄弱环节进行了分析，并提出了EDA软件在实验教学中的应用这一教学手段，经过实践，取得了较好的效果。
1.电子技术实验的薄弱环节
第一，传统的实验方法是完成硬件电路连接后验证、调试，得出实验结论。学生必须熟练使用仪器、仪表或实验箱等实验设备，在连接线路调试过程中对出现的问题能够排除故障。但是由于工科专业对实验设备的频繁使用，大部分设备会出现灵敏度降低、器件老化、损坏等问题，那么实验的效果将会受到严重影响。第二，教师的教学方法目前仍存在‘填鸭’式、‘说教’式的上课方式，这种以教师为主的教学方法，教师在台上讲多年未改的教材，学生没有自己的独立思考和见解，形成被动灌输的局面。使学生缺乏创新观念和意识。大学生对实践能力的认识和重视程度不够，难以彻底摆脱知识本位的学习理念，将理论学习、最终成绩看得很重，而把实践能力、实践过程当作无足轻重的事。第三，实验课上，主要以理论教学为主，没有得到学生重视，学生根据实验指导书照抄实验目的、实验原理、实验内容，每次实验结束发现学生对实验的原理都解释不清楚。教师不仅从实验方法、步骤、注意事项方面进行一一讲解，而且还需手把手进行实验演示，在检查学生演示实验结果时学生一知半解，机械式的操作，不能灵活的将实验现象与理论知识有机的联系在一起。学生的学习几乎处于被动状态，达不到实验教学的目的。第四，实验课的考核方式不完善，实验课多以出勤、实验报告的形式给出，对学生的考核不全面。这种形式主义，使得部分学生“浑水摸鱼”，进实验室后对待实验不认真，小组的成员在进行实验内容的时候，有些学生却忙于抄袭上次课的实验报告，学生的分数不能如实反映学生掌握知识的真实水平。
2.EDA软件在电子技术实验中的应用
在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。1)将EDA软件应用于电子技术实验教学，以实践促理论，用理论指导实践。以往的教学方法侧重于理论知识讲解，十分抽象,无法实现软硬件结合而产生的直观现象，在电子技术实验中引入EDA软件教学，以HDL语言示例和MAX+plusII、Protel、AltiumDesigner、multiSIM10等电子电路设计与仿真工具教学软件引入课堂演示，加深和引导学生对电路设计的感性认识。看似重实践、轻理论的教学方法既有利于激发学生的学习热情，通过实验实践，掌握理论，在实践中巩固理论，用理论指导实践，从而达到较好掌握知识的目的。，2)将EDA软件应用于电子技术实验教学，丰富实验教学内容。通常实验中‘填鸭’式、‘说教’式的上课方式所讲的实验内容多年一成不变，不能激发学生的兴趣。引入EDA软件实验教学，重视实验内容的趣味性和实用性，更新精心设计每一个实验，让学生产生新鲜感，从而激起他们的兴趣。3)将EDA软件应用于电子技术实验教学，能够提高设计效率。传统的硬件电路设计过程都是由人工完成，硬件电路的验证和调试是在电路构成之后进行的，电路存在问题只能在验证后发现。EDA软件设计能够快速准确的完成电路的设计，利用计算机进行性能和功能的分析，如果发现错误或方案不理想，可以重新设计电路再仿真，直至得到满意的电路，大大提高了设计的质量和效率，并且节省了设计成本。
3.设计举例
应用EDA软件设计出一个555定时器的应用电路，这是一个模拟电子电路和数字集成电路的混合电路设计，包含三极管开关放大电路、555构成的多谐振荡电路、功率放大电路。如果直接在数字电路实验箱上连接线路，由于器件种类多，器件的选择和连接稍有不慎，将会影响实验效果。采用EDA软件仿真此电路却能够节约时间，先观察实验现象，若不正确，修改设计再仿真，得出满意的结果后，再到实验箱上去连接电路。将软件设计和硬件实现结合起来，学生的学习兴趣得到提高，授课效果有所改善。
4.结语
将EDA仿真软件与电子技术实验教学相结合，既能提高实验教学的质量和效率，又能能够使学生加深对电路原理的掌握，理论联系实际，建立学生的感性认识，激发和培养学生的学习兴趣，引导他们进行实践阶段学习，鼓励学生实验创新。在理论教学与真实实验之间架起一座沟通的桥梁，对更新实验教学方法，提高实验教学质量，降低实验成本，改善实验教学效果能够起到很大的促进作用。
参考文献
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关键词：拔尖创新人才；电气实验教学；实践能力
1完善教学内容
教学改革项目组成员一直工作在理论教学和实验教学一线，有着丰富的理论课教学、实验教学及工程项目经验，将教学和实践紧密结合，并前瞻当今科技发展前沿，引领教学方向。根据目前的教学内容，结合当今科技发展状况，设计制定出以培养研究型创新人才为目标的实验教学体系。首先，以现有电气技术实验课程的内容为基础，结合已经实施的“电路分析”“模拟电子技术”和“数字电子技术”理论课与实践一体化研究型教学模式，整合基本教学内容，设置了理论验证性实验、设计性实验及综合应用性3大实验模块，做到从易到难、从简到繁，循序渐进，并具有知识性、趣味性，达到对理工科电类学生基本实践技能培养的目的。例如，第一次课，由于学生第一次进实验室，对仪器设备的使用还没有掌握，对实验电路的搭接还存在陌生感，不免会产生些许的紧张。为此，将内容设置为“直流电路的构建和测量”这种线路简单、现象直观的理论验证性实验，以建立学生的自信心，培养实验兴趣，为今后较为复杂的实验内容铺垫好路。而“分立元件放大电路”“运放应用”“组合电路及时序电路设计”“顺序锁”“数字化信号发生器”等设计性及综合性实验，目的是使学生将所学理论知识综合运用到实践，并逐渐提高实验技能，对电气实验产生浓厚兴趣，在设计电路、搭接线路、排查故障、解决问题的过程中，培养强烈的求知欲及创新意识。其次，也是更重要的，随着高新技术的不断出现，培养勇于创新、全面发展、高素质复合型人才已成为当务之急。电气技术实验教学，充分利用实践能力培养的机会，根据不同对象的专业背景，设计融合电路分析、模拟电子技术、数字电子技术及行业流行技术的学科交叉创新训练项目。例如，为生物医学系的学生设计了“智能防雾霾口罩”实训项目，为自动化及高等理工等学院的学生设计了“AGC放大器的设计与制作”“可设定的恒温温度控制器的设计”“可编程电源的设计与制作”“摩斯电码通讯系统的设计”等实训项目，培养学生工程意识及探究精神，启发创新思维，进一步提升创新能力，初步具备开展科学研究的素质，为今后从事科学研究打下坚实基础。同时，为充分发挥潜力，鼓励学生尝试设计、实践个人感兴趣的研究项目，提升科研实践能力。随着实验技能的不断提高，学生对科学研究的兴趣愈加浓厚，对新知识、新技术的获取更加强烈。学生利用所学理论知识和专业技能，大胆尝试自己平时好奇、向往而没来得及实践的一些想法，进行设计、实验，通过不断探究、创新去实现自己的梦想。以学生为主体，教师辅助，给予适当帮助和指导，突出个性化培养，达到自主创新自我实现的目的。自由项目的设立，使学生有强烈的获得感，自信心倍增，充分发挥想象力，自主学习，挖掘创新思维，使他们的志向远大，初步成为具有创新能力的科研工作者，为今后成为一流的学者和科学家奠定坚实基础。电气实验教学体系，力争使各个实验内容指标与国际工程认证接轨，培养拔尖创新国际化人才。基本实验内容和创新实验内容的比例为1∶1。教学内容的调整和优化，大大提高了学生的积极性和创造性，使他们在实验过程中勤于思考、勇于实践，增强了工程实践能力和创新精神[2-4]。
2改进教学方法和手段
通过对北京大学、清华大学、浙江大学、南京大学、哈尔滨工业大学，以及美国加州大学伯克利分校、澳大利亚悉尼大学等国内外知名大学的调查研究，秉承知识传授、素质培养、工程实践、科技创新的教学理念，在教学方法和教学手段上进行了改革。
2.1课程进度
以前，模拟电路实验在一个学期上课，而数字电路的实验在另一个学期上课，实验教学和理论教学往往不同步，造成学生不能及时掌握和巩固相应理论知识。调整后，对于基本实验内容，根据不同专业需求，适时调整上课进度，将模拟电路实验和数字电路实验教学并轨，并在理论课的相关章节授课结束后，立即开展相应实验。理论讲解与实验交叉并行，达到理论指导实践、实践促进理论学习的目的，使得学生在短时间内对所学知识融会贯通。对于综合创新性实验，根据实验内容及理论课学习安排，一方面可以适时穿插于基本实验内容之间；另一方面对于综合性强、需要时间多的创新性实验，还可以放在所有基本实验结束后进行，这样学生可以有更充分的时间研究和实践。
2.2上课形式
课堂设置，基本实验内容仍然采取一人一组课上进行实验，教师当堂检验结果，培养学生独立完成任务、解决问题的能力。对于创新性实验项目，采取分小组形式，每组3~4人，自愿组合，一方面完成教师制定的典型项目的设计、搭接、检测；另一方面，可以根据兴趣，设计个人感兴趣的项目，制订方案并实施完成。可以利用课堂时间，还可以利用实验室开放时间进行。以小组为单位进行项目的开题、实物制作、答辩、撰写学习心得和小论文完成项目，可以培养学生自我学习、团队协作、沟通交流、动手实践、创新思维等多方面能力。教学方式，采取以学生为中心，有利于循序渐进提高能力、深入探究、激发创新的教学方法。
2.3探究式教学
实验手册，对于基本实验内容只有基本理论和简单提示，去除一步又一步的实验步骤，给学生更多融入创意的空间，灵活运用知识。学生通过实验室有限的器材，用没有给定的方法达到最终目标，可以用多种不固定的方法，并自主对比各种方法的优缺点，从而锻炼综合能力，而不是跟着菜谱做菜的能力。对于创新项目，更是以“问题为中心”，以学生为主导，在教师的辅助下，自主探究并独立完成，将所学的理论知识运用到实践中。这是一个以学生为中心的课堂，学生在实践中遇到问题与教师进行探讨交流，激发学习兴趣，提升实践能力，提高创新能力[5-6]。
2.4启发式教学
通过问题的引发和诱导，能够进一步提升能动性，积极探讨解决问题的方法，提高学习兴趣，达到较好的教学效果[2]。根据学生情况设计引导问题，给学生一个思考的过程，采用多种形式实施启发，努力营造一个知识探索的过程[7-8]。培养创新型人才是启发式教学的目标[9]。例如，交通灯设计实验，教师先在学生实验之前演示效果，学生观摩后感到非常贴近实际生活而好奇、感兴趣，于是就开动脑筋进行软件或硬件设计。这时教师择机提出新的要求，或给出一些故障现象，进一步引导学生去分析问题，提高他们解决问题、排除故障的能力，激发自主创新意识。教学过程中还采用苏格拉底式发问。教授新内容或解答学生疑惑时，不直接给出问题的答案，而将问题分解为学生可以自发理解的一系列小问题，一一提问，从而引导学生自己找到答案。苏格拉底认为，所有知识都已存在于学生中，教师需要做的是指引学生发掘自身的已有知识。多样化的实验内容和不间断的问题启发，使学生开动脑筋，积极思考，内心的潜力被不断挖掘出来，提高了分析问题、解决问题的能力，同时也更加充满自信。
2.5开放实验室
课堂时间是有限的，经常有部分学生没有当堂完成实验内容，或者有些实验现象还没有搞清楚，想进一步研究和分析原因、观察结果等。为此，安排了半开放和全开放实验室。半开放就是充分利用实验室资源，延续课堂教学时间，学生可以利用教师给其他班级上课时进入实验室，进行自己未完成的实验内容，深入研究和分析现象，透彻理解原理。学生也可以进行自己感兴趣的其他实验内容，实时与教师交流讨论。为了确保学生有足够的时间完成创新项目，教学中心的电子创新基地对学生实行自我管理，全面开放。除了教师定时指导外，还安排具有科技项目经历的优秀学生承担部分助教工作，帮助指导各小组完成项目的实物制作。
2.6赛课合一
为激励学生的学习积极性，激发创新思维，实验教学与学科竞赛等科技活动相结合，从上课学生中选拔优秀学生参加全国和北京市大学生电子设计竞赛以及我校“冯如杯”科技竞赛等实践活动，进一步推动拔尖创新人才培养的力度。
2.7全英文授课
为培养高素质国际化创新型人才，电气实验教学采用全英文授课，教师的讲解、课件、指导书全部是英文，学生的实验报告、项目报告、答辩等也全部用英文。通过一年左右的训练，科技英文思维逐渐建立起来，为今后走向世界舞台奠定基础。
3更新考核评价体系
注重学生的学习过程，取消一锤定音的期末考试模式，制定基于过程的课程考核方法。成绩考核包括基础实验和综合创新实验项目。基础实验的考核内容包括实验操作、实验方法、问题讨论、任务完成、实验报告书写以及期末考查等。而创新项目包括开题、中期、结题答辩、实物作品、小论文及总结报告，并注重学生日常的学习过程和积累，将学生与教师面对面、邮件或其他方式的交流讨论、开放实验室的考勤、公益服务参与度等都计入考核内容。
4实践运行情况
基于拔尖创新人才培养模式的电气技术实验教学进行了4轮实践，学生理论联系实际的能力、灵活应用各种专业知识的能力、人际交往能力、团队协作能力，特别是自我学习及创新能力都得了全面提高，取得了非常好的效果。同时，学生的反馈和建议也让教师深受启发，促使教师在今后的工作中不断思考改进教学方式、调整教学内容，以跟上时代的步伐和学生的要求[10]。上述各项教学内容和方法的实施，为学生搭建了全方位立体化教学平台，为拔尖创新人才培养起到积极推动作用。上课学生凸显科技实践创新能力，获得了校“冯如杯”、全国/北京市大学生电子设计竞赛一、二等奖等多项科技实践活动奖励。
关键词：计算机硬件课程；能力培养；开放实验平台
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913 (2007) 24-0008-02
在计算机科学与技术专业的课程体系中，无论是专业基础课、专业课还是专业选修课，基本可以分为两条主线：一是软件课程体系；另一个就是硬件课程体系。一般来说，计算机软件课程在计算机专业中基本能够得到重视和加强。而计算机硬件课程体系相对比较薄弱。随着电子技术和社会经济建设的发展，计算机科学与技术与电子科学技术相互渗透和融合、硬件软件化和软件硬件化日益普遍，尤其是ARM、SOC、SOPC等技术的出现，计算机软、硬件的融合日益显著和成熟，加强计算机硬件课程的建设、硬件课程体系及新的实验平台的建设显得越来越重要和必要。
1计算机硬件课程教学思路的改革
计算机硬件课程包括：数字逻辑电路设计、计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机系统结构、单片机原理与应用、嵌入式系统、计算机维护、EDA技术等。传统的计算机硬件课程主要任务是讲授计算机的工作原理，以配合计算机软件课程的教学。而技术的发展需要软硬结合、软件硬件化或交融，硬件课程教学的任务不但要学生了解计算机结构、原理，而且要用硬件描述语言进行部件及应用系统的设计。结合软件知识，能够设计计算机应用系统，尤其是嵌入式系统的应用日益普及，应用范围迅速扩大，要培养学生综合设计能力。除此以外，计算机的维护也是学生能力的培养的一个方面。
本教学成果是对计算机硬件课程进行体系改革及教学内容的梳理，确定硬件课程系列中基础层、系统层、应用层分别要讲授的知识和学生应该掌握的能力，以及各层之间的衔接和关联的内容，如图1所示。制定教学大纲、实验大纲、课程设计大纲等教学文件，教改项目的研究，教材、实验指导书编写，实验室建设。教案、多媒体课件的制作。
图1 计算机硬件课程结构
在基础层，主要是“数字逻辑电路设计”课程的建设，从99年开始对该课程教学内容进行了改革，编写出版了教材，引入可编程器件、ABEL语言，改造实验设备，在2001年获得江苏省教学成果二等奖。2002年该课程获得江苏省二类优秀课程。在此基础上，进一步对教学内容进行梳理，配合计算机组成原理的课程改革，将硬件描述语言从ABEL改为VHDL，引入FPGA技术的介绍及实验项目，又更新了实验设备，在2004年重修编写出版了教材和编写了实验指导书。主要思路是让学生掌握数字电路的基本知识和现代设计方法，能够设计一般的数字逻辑部件及简单的数字系统。所以在课程结束后安排了1.5周的课程设计，学生可以在FPGA芯片上运用VHDL语言设计如电子钟、交通灯控制器、电梯控制器等简单的数字系统。
在系统层，该层有“计算机组成原理”、“微机原理与接口技术”、“系统结构”。其中“计算机组成原理”课程是最主要的硬件课程，该课程一直是我们教研教改的重点。采用多媒体、网络等多种教学方式，课件文字精炼、图文结合、动画丰富、重点突出，培养学生自我学习、自主学习的能力。实践教学中突出设计能力和创新意识的培养。采用基于FPGA的实验设备，通过设计与教材紧密结合的实验教材和课程设计教材，形成了完整的相关课程教材系列，连贯性好。着重训练学生的设计能力，激发学生学习兴趣和创新思维。该课程在2006年被评为江苏大学一类精品课程。课程的教学主页(/subject/zcyl/)上的教学文档、资料、课件、实验指导等齐全。“微机原理与接口技术”课程原来以从16位CPU的机型讲授，根据目前技术的发展，改成以32位CPU的机型讲授，并且在2005年更新了实验设备和实验指导书。
在应用层，由前二层主要课程的课程设计及专业选修课、综合课程设计组成，主要在3个方面的应用：数字系统的设计，运用硬件描述语言设计计算机接口及整个应用系统，如“EDA技术”；计算机应用系统设计，包括硬件电路、应用软件。“单片机应用”、“嵌入式系统”课程就是培养学生系统设计能力，单片机教学采用了C8051F系列单片机芯片，他是在系统编程的SOC(system of chip)芯片， 编写出版了专门的教材、设计了专用的实验设备、编制了实验指导书。“嵌入式系统”也专门定制了ARM7、ARM9、ARM10的试验设备和编写了实验指导书；另外一个方面就是计算机的维护，根据目前的教学条件，开辟了专用的计算机维修实验室，面向全校开设了计算机维护的选修课，2005年编写出版了计算机维护的专用教材。
2特色教材建设
在明确了硬件课程教学目的和思路的基础上，开展相关课程的教材建设，组织课程自编教材与选用精品教材相结合，近几年出版了4本教材，由于大多数“数字逻辑”方面的教材是重点讲授数字电路原理，作为后续课程的技术基础。所有我们组织力量编写了《数字逻辑电路设计》教材，增加了硬件描述语言的设计方法、在系统可编程器件的技术，精简了传统的设计部分，99年在东南大学出版所出版，2004年进行了修改，增加了VHDL硬件描述语言的设计内容、FPGA器件的内容以及VHDL语言设计数字系统的实例，在清华大学出版社出版，已经三次印刷，在全国范围的高校中得到使用。在“单片机原理及应用”课程的教材方面，由于目前我们使用了最新的片上系统(SOC)型的单片机进行教学、实验，所有实验内容均可以直接运用到实际的工程项目中，传统的单片机教材已不能满足要求，2004年参编了《单片机原理与应用》，由机械工业出版社出版，加进了部分内容。我们自己又编写了合适教学要求的教材《C8051F单片机原理及应用》，2006年在中国电力出版社出版。由于计算机技术发展太快，“计算机维护”课程一直没有合适的教材，我们组织编写了《计算机系统高级维护教程》，2005年在中国科技大学出版社出版。
3开放实验平台建设
2004年获得中央与地方共建高校实验室建设项目“计算机基础实验室建设”的支持，及时更新了相关课程的实验设备，大部分的实验设备都是任课老师根据技术的最新发展提出实验设备的功能结构，由厂商定做的。几款实验设备目前已作为该生产厂家的定型产品销售到很多其他学校。设计了实验项目和实验内容，编写实验指导书。2005年省高教所教改项目“开放实验室信息查询系统”通过省级鉴定。建设了实验教学网站(202.195.167.4:8080)、教学专用的ftp，学生可以随时随地获得教学资源。改革了学生做实验的模式，集体实验和分散预约相结合(学生可以在任何地点、时间通过网络进入实验网站进行预约)，提前预习实验内容，写好实验报告的“静态”(实验项目、实验原理、内容、实验设备等等)部分后，再到实验室开始做实验，在实验过程中完成实验报告的“动态”(实验调试过程、出现的问题、解决方法、实验结果、分析等)部分。提高了实验效果，激发了学生实验兴趣。
4结束语
本文介绍了计算机硬件课程的教学思路的改革，通过近几年的实践，取得了成效。建立了老中青的课程教师梯队，备课，出卷、改卷，有一支过硬的、每人能任2门以上主要硬件课程的主讲教师队伍。硬件课程中有2门获省级2类优秀课程，一门获校级一类优秀课程，有3项教研项目通过省级鉴定，多项相关科研项目通过省级鉴定并获得省、市级科技进步奖。获得多项校级教案、教学质量、优秀教师、讲课比赛等奖项。出版教材4部，发表教研教改论文12篇。有2名本教学成果成员指导的07届学生，所做的硬件应用的毕业设计论文被评为校优秀论文。
作者简介：
鲍可进(1958-)，男，江苏靖江人，副教授。研究方向：嵌入式计算与应用
通信地址：江苏镇江学府路301号 江苏大学计算机学院。邮编212013
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