电子专业教学安排和优化

2022-09-11

在数字电路出现后的一段时间里, 手工设计一直是主要手段。随着硬件技术的发展, 计算机的性能和速度大大提高, 为数字电路设计的自动化打下了基础;与此同时, 数字电路的高集成度和高复杂度也使得数字电路设计的自动化成为必然趋势, 自此, EDA有了长足的发展。目前, 在EDA软件的帮助下, 已经可以通过多种方式对数字电路进行高层次的行为描述来完成电路设计, 并可通过相应的仿真软件对电路进行实时观测。

日新月异的电子技术使得相关课程的教学改革成为大众关注的焦点。如何让教育教学适应电子技术的迅猛发展, 把学生培养成既能具备相关理论, 又熟练掌握先进技术的地合格毕业生, 成为当前电子教育教学研究中的一个重点和难点。

1 合格的电子专业毕业生应该掌握的技术知识

首先, 实现一定逻辑功能的数字电路是不变的根本, 不随半导体技术和制造工艺的发展而变化, 布尔代数依然是数字电路的数学基础, 真值表、逻辑表达式以及状态机的描述等方法依然是数字电路设计和分析的有力工具, 作为电子技术专业的学生, 只有打好了这些基础才能使他们能够在不变中应万变。

其次, 单个芯片所能实现的逻辑功能日益复杂, 以及相伴而生的EDA技术的发展和广泛应用。这些变化使得数字电路的设计和仿真手段日益丰富, 数字电子电路器材和产品不断更新换代。以数字电路的测试技术为例, 在集成度比较低的时代, 可测性问题并未引起大家的重视, 这个问题在数字电路设计方法学中也并未被考虑。而随着集成度的提高, 现阶段的芯片测试费用已经占到生产成本的一半, 可测性设计已经成为数字电路设计中的一个重要组成部分, 完善了数字电路设计方法。如何在教学中及时反映和传达这些前沿信息, 是教师教学任务的重要方面。

2 数字电子类课程教育教学思考和课程调整

笔者从事电子类相关课程的教育教学工作已经有一段不短的时间, 教学中笔者注意紧跟电子技术发展的每一个关键时刻, 适时地对内容体系和教材进行了更新和完善, 通过长期的教学实践和思考, 笔者对于当前我国电子技术类课程的教育教学现状和改革思路有了比较明确的思路, 这些思考是写作本文的基础, 也是指导笔者今后更好的进行教学工作的有力工具。

通过总结思考, 笔者更加清晰地意识到电子技术基础是电子、电气类专业的一门重要的专业基础课, 是实验性很强的课程。电子技术基础实验在传统实验中分别依附于模拟电子技术和数字电子技术理论课教学中, 实验也往往停留在低水平重复及封闭模式内, 因而存在下列问题:一是实验教学内容受理论课制约, 内容陈旧, 验证性的实验居多。二是知识点零散、孤立, 表面看来, 知识面相当广 (含模拟、数字等) , 但实验中联系不大, 缺乏贯彻整个课程的主线。三是传统实验中, 实验教学附属于理论教学, 实验成绩不单独计分, 学生对实验重视不够, 削弱了实验的教育目的。

2.1 调整和优化教学环节

2.1.1 适当减少理论授课学时, 强调课堂教学的基础性

减少理论授课学时, 并不是削弱理论教学环节的重要性, 理论授课环节仍然是整个课程的核心。教师根据电子技术的发展现状, 提炼数字电子技术的精髓, 调整授课内容, 在有限的课时内将数字电子技术的基础理论讲深讲透, 强调基础性, 越来越多地去掉与具体芯片有关的部分, 将具体芯片的逻辑功能, 使用方法和技巧, 典型应用等调整到实验环节。例如, 在布尔代数部分, 原有的逻辑功能化简部分内容较多, 方法繁杂, 以往多以手工化简为主线介绍, 作业题也以达到熟练掌握各种化简方法和技巧为目的, 而在EDA软件广泛应用的今天, 许多手工化简的工作可以交由EDA软件来完成, 学生需要掌握的不再是熟练的化简技巧, 而是对化简的概念和意义的深刻理解。

2.1.2 增加基础实验学时, 突出电子技术的实践性和工程性

虽然EDA软件使数字电路的设计和仿真均软件化, 但数字电路归根结底需要硬件来实现。为了让学生建立起正确的数字电路的概念, 明确逻辑和电路之间的关系, 基础实验成为必不可少的环节。其目的是培养学生常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、集成逻辑电路的应用、基本实验技能, 并加深对理论知识的理解, 强调动手能力和基本概念。基础实验内容以中小规模集成电路为载体, 强调实践性和工程性, 与课堂讲授相辅相成, 相互补充。

2.1.3 大力加强拓展型实验, 提高学生的实验研究能力

如果在课程中分配大量的教学之间讲授新的电子器件和EDA软件, 不仅是舍本逐末, 还会使介绍的期间和技术带有很大的局限性, 限制了学生的视野。拓展型实验环节就是为了解决这个问题而增设的。笔者充分利用学校现有条件下的实验条件和宽松的实验环境, 在进行拓展型实验时, 以大规模器件为载体, 结合EDA软件的使用, 定位为研究型、设计性实验。在实验内容德设置上将力求多样化和层次化, 笔者在实验教学中要求学生独立完成从电路的设计到实现的全过程, 强调学习的自主性和创造性, 激发学生的学习兴趣和潜在能力, 提高研究能力。

2.1.4 增加小班讨论环节

目前, 大家已经达成比较一致的意见, 小班讨论环节在激发学生思考和培养学生能力方面有不可替代的作用, 同时也为更好的因材施教的教学提供了可能。小班讨论环节对教师提出了更高的要求, 尤其是在实验室环境下的讨论课, 要求教师有非常深厚的理论基础和丰富的实践经验。同时, 这个环境也给学生和教师的互动交流提供了机会, 为学生表现自己的见解提供了平台, 互相启发, 开发潜能。

2.2 教学手段方面

在传统的教学手段中, 可以利用简单的电子媒体, 如幻灯、录像等进行教学, 借以调动多种感官进行学习而产生最佳效果;在现代的教学手段中, 运用先进的多媒体教学, 将信息技术融入教育中, 利用计算机或计算机网络与交互的电视、录像、视盘等媒体进行教学, 是电子技术实验教学手段发展的必然趋势。这种教学形象、直观, 富有感染力, 可以充分调动学生参与实验的主观能动性。为此, 应制作丰富的多媒体教学市场课件, 促进课程的全面发展。任何教学方法都有它的优越性, 也有其局限性, 在一定的条件下, 它可能适用而有效;条件一变, 又可能不适用, 所以电子技术基础实验教学改革是一项长期的、复杂的任务。新型器件与新技术发展, 必然对实验教学改革产生深刻的影响。只有立足电子技术实验教学的实际, 不断探索, 逐步深入, 推陈出新, 才能建立起一套完整的电子技术实验教学体系, 新的教学方法才能日趋完善, 也才能更好地适应时代的发展需要。

摘要：目前, 半导体技术正飞速发展, 从事电子相关行业的人才缺口巨大, 电子技术类课程的正受到越来越多地关注。笔者立足自身教学实践, 对于教学现状中存在的一些问题作了分析, 并就该课程在新形势下的教学工作做了尝试性探讨。

关键词：数字电子技术,教学环节,教学手段