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摘要：在分析了“电子设计与制作”（数字篇）课程现状及存在问题的基础上，探讨了针对各专业工科学生开设此门课程的教学改革思想与实践，探索了一些有效的建设方法和途径，以期对每一位学生的培养都能达到预期的目标。
关键词：电子设计与制作；素质选修；课程改革；数字电路
作者简介：郑方燕（1972-），女，四川宣汉人，重庆理工大学电子信息与自动化学院，讲师。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0077-02
国家提出的“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养造就一大批创新能力强、适应社会发展需要的全面、高素质各类工程技术人才，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的引导作用。[1]为了适应电子科学技术的高度发展和2l世纪高等教育培养高素质人才的需要，重庆理工大学（以下简称“我校”）开设了“电子设计与制作”（数字篇）全校工科素质选修课，针对全校的电子、材料、汽车、机械、光电、生物与化工专业的学生。旨在突破专业限制，培养具有跨专业、跨学科素养的学生。
本课程是一门实践性较强的课程，是为了让学生了解、熟悉电子设计方法，培养针对不同的实际应用进行合理方案设计的能力，以及解决在电子产品的设计制作过程中遇到的实际问题的能力，查阅资料、理论与实践相结合的能力。当然，学生不可能通过一门课程的学习就可以学会实际工程研发或设计能力，主要是为了让学生通过自己动手对一个小制作进行全程的设计与制作，以利于对以后的学习和工作产生积极的影响。[2]该课程的定位与课程目标是：在完成基础理论学习的基础上，完成基本验证性实验制作，以培养学生学习主动性和学习兴趣，鼓励、吸引学生积极参与设计制作具有一定实用价值的电子产品，以激发和培养他们的研究、创新能力。该课程是在素质培养为目标的办学思想下新的改革和尝试，具有重要的意义。
一、课程现状
我校开设的本课程之前设置为16学时、1个学分，学生来自全校工科专业的两个或三个年级，有的学生没有任何基础，有的了解一点，部分来自于高年级电子专业的学生已经修了64或48学时的数字电路课程，基础相对较好。基于这种课时少、学生基础参差不齐的现状，我们将16学时均安排为课堂教学，课程的性质倾向于科普教学，仅要求学生对数字电路的基础知识以及设计与制作的基本常识有一些了解与认识。教学内容为4学时二进制基础及组合逻辑电路，4学时触发器，4学时时序电路，4学时制作实例课堂分析与讲解。这种教学方式，讲解如同走马观花，学生修完此门课程之后，收获很小。基于这种情况，本课程从2011年开始改为32个学时，2个学分。基于学时数的增加和学生基础的现状，我们对此门课程的教学方式进行了改革，增加了实践教学内容，以保证学生在基础理论学习的基础上增强一定的实践创新能力。
二、教学改革与实践
对于本课程，课堂上的理论教学环节为实践教学的基础内容，是为了让学生更好地完成设计与制作，以获得一定的实作技能，增强动手能力。针对学时数的增加以及学生的多层次、多专业特点，在教学中将课程优化，注重基础与应用，理论与实践结合，使课程具有实用性，诱发学生学习兴趣。在实验教学方面，要求非电专业、基础较差的学生进行基本的验证性电子设计与制作，在制作中让学生认识和应用各种实用的器件与集成芯片，积累知识。吸引、鼓励基础好的学生在教师指导下自主开展电子设计与制作，给学生的自主选题兼顾实用性与趣味性，激发学习兴趣。
所以，在教学中通过课堂教学与实践教学并重的指导思想组织教学，基础与应用兼顾，让学生通过此门课程的学习，获得有关电子设计与制作的一些基本技能、设计与制作简单电子产品的能力以及解决设计与制作过程中遇到的实际问题的能力（查阅资料、确定方案、选择器件等）。
1.注重课堂教学
本课程的教学学时改为32学时之后，将20个学时作为课堂教学，较之之前的16个学时增加了4个学时。课堂教学仍重点讲解二进制基础、组合逻辑电路、触发器、时序电路四个模块，在每个模块增加1个学时的课堂练习及对习题的细致讲解，以加强学生对基础知识的掌握。对于在实践环节中经常会用到的器件，在课堂教学中做重点讲解，有助于学生在设计与制作中进行科学合理的设计与应用。教学中，注意备课充分、重点突出、难点分散，教学进度科学合理，注重理论联系实际，注重学科间的融合与渗透。在课堂教学中，注意采用灵活、多变的教学方式，有效利用多媒体教学设备，注意加强老师自己的语言组织和表达能力，以充分调动学生学习的积极性，使学生从被动学习变为主动学习，以激活学生的创新思维，提高素质教育的水平和效果。
2.注重实践教学
“电子设计与制作”（数字篇）是一门实践性很强的课程，之前限于课时及学生基础的限制，没有将实作作为教学的重点。将课时改为32个学时后，经将课程重新设置，有12个学时作为学生的实作课时，将过去应用实例仅在课堂讲解改为学生到实验室动手实作。利用实验中心的实验场所，将学生分成两批，一批为基础较好的学生，实作部分为综合性设计与制作，以培养学生的创新能力和解决实际问题的能力，其余学生的实作部分为模仿性（即验证性）设计与制作，以培养学生对电子设计与制作的基本认识并掌握基本技能。
（1）模仿性设计与制作。对基础较差的学生，实行分模块设计与制作，以加强对基础知识的掌握并培养一定的实作能力。由教师规定设计内容和设计方法，并将设计与制作的方案确定好，由学生在实验室进行模仿性设计与制作。模仿性设计与制作要达到的目标是：认识所用元器件，掌握元器件的工作原理，熟悉电路图，学会基本的焊接与制作。以数字时钟的设计与制作为例，将数字时钟分成秒信号产生模块、计时模块、译码显示模块，最后将各模块组装起来进行综合调试。这个设计涉及数字电路里的组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等全部内容。 1）秒信号产生模块。秒信号为计时器的基础信号，有多种产生方法，可以利用单片机内部的定时/计数器产生，也可用晶振加分频器产生，分频器可以用计数器级联，也可直接选用分频器件。对于基础较差的学生，拟定的方案是采用 CD4060和D触发器器件来设计秒信号产生模块。CD4060作为晶振及分频器件，为32768HZ晶振加14级分频后可得到2Hz信号，再经D触发器二倍分频后即可得到1Hz的秒信号，在这个模块设计里，学生了解了数字芯片及D触发器的应用。
2）计时模块。计时分时、分、秒计时，时、分、秒分别为24、60、60进制计数，选用同步十进制加法计数器74LS160来构成这两种进制的计数器，74LS160价格便宜，使用普遍。在讲解时序逻辑电路有关计数器相关内容时，在课堂上就将此器件做重点讲解，并详细讲解用此器件级联组成各种进制计数器及分频器的方法，作为实作练习的一个基础。
3）译码显示模块。此模块是实现将二进制数据按十进制数显示的功能。时、分、秒均要显示两位数字，所以要用到6个显示器，相应要6个显示译码器。如选用LED七段数码显示，且每一位分别译码显示的话，将需要42（6×7）根数据线，占用器件的I/O（输入/输出）资源较多。为了节省I/O资源，可以采用动态扫描方法，将所有数码管的7段分别连在一起，各位的数据统一输入，再将各位的地端（如选共阴数码管器件）分别引出作为位控端，这样总共只需要13（6+7）根数据线。送某一位数据时将相应数码管位控端设置为有效即可，这样数据一位一位地送，数码管一位一位地显，在扫描频率大于24Hz时，人眼将看不出数字的闪烁。这个模块涉及到组合逻辑电路里的设译码器、选择器。数据输送及位控制电路如图1所示。
将模仿性设计方案交给学生的同时教给学生在实作中应该注意的一些细节：各器件的功能表，各管脚的功能，是高电平有效还是低电平有效，设计及在具体使用中应注意的问题，比如器件可能会因为信号的持续时间过短及触发器的复位速度有快有慢，导致电路的误动作。因此，在接电路的过程中要考虑电路的可靠性问题等等。
（2）综合性设计与制作。对于部分基础较好的学生，鼓励其进行自主设计，设计中加入CPLD、FPGA等前沿技术。设计中，教师以引导和个别辅导为主，以学生为实验主体，鼓励学生独立思考，并引导学生观察问题、分析问题、解决问题。学生自愿分成1-3人一组，自己讨论设计方案，进行方案论证，再与教师讨论形成最终设计方案，选择器件，然后是实作、调试。通过这种实作方式激发学生对电子设计与制作的浓厚兴趣，充分发挥每一位学生的主观能动性和创新意识，使学生提高对知识的自主建构能力，有效地促进学生的学习和发展。
三、结论
“电子设计与制作”选修课程的建设还有很多工作要做，课程内容的设置要更具有层次性、实用性、选择性，以适应不同学生的需求，教学方式要以基础和实践相融合，以期达到更好的教学效果。
参考文献：
[1]卓越工程师教育培养计划[EB/OL].http：//www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs/.
[2]王越.从英特尔杯大学生竞赛看高校学生竞赛的意义[J].电子产品世界，2008，（7）.
关键词：电子设计与制作；素质选修；课程改革；数字电路
作者简介：郑方燕（1972-），女，四川宣汉人，重庆理工大学电子信息与自动化学院，讲师。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0077-02
国家提出的“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养造就一大批创新能力强、适应社会发展需要的全面、高素质各类工程技术人才，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的引导作用。[1]为了适应电子科学技术的高度发展和2l世纪高等教育培养高素质人才的需要，重庆理工大学（以下简称“我校”）开设了“电子设计与制作”（数字篇）全校工科素质选修课，针对全校的电子、材料、汽车、机械、光电、生物与化工专业的学生。旨在突破专业限制，培养具有跨专业、跨学科素养的学生。
本课程是一门实践性较强的课程，是为了让学生了解、熟悉电子设计方法，培养针对不同的实际应用进行合理方案设计的能力，以及解决在电子产品的设计制作过程中遇到的实际问题的能力，查阅资料、理论与实践相结合的能力。当然，学生不可能通过一门课程的学习就可以学会实际工程研发或设计能力，主要是为了让学生通过自己动手对一个小制作进行全程的设计与制作，以利于对以后的学习和工作产生积极的影响。[2]该课程的定位与课程目标是：在完成基础理论学习的基础上，完成基本验证性实验制作，以培养学生学习主动性和学习兴趣，鼓励、吸引学生积极参与设计制作具有一定实用价值的电子产品，以激发和培养他们的研究、创新能力。该课程是在素质培养为目标的办学思想下新的改革和尝试，具有重要的意义。
一、课程现状
我校开设的本课程之前设置为16学时、1个学分，学生来自全校工科专业的两个或三个年级，有的学生没有任何基础，有的了解一点，部分来自于高年级电子专业的学生已经修了64或48学时的数字电路课程，基础相对较好。基于这种课时少、学生基础参差不齐的现状，我们将16学时均安排为课堂教学，课程的性质倾向于科普教学，仅要求学生对数字电路的基础知识以及设计与制作的基本常识有一些了解与认识。教学内容为4学时二进制基础及组合逻辑电路，4学时触发器，4学时时序电路，4学时制作实例课堂分析与讲解。这种教学方式，讲解如同走马观花，学生修完此门课程之后，收获很小。基于这种情况，本课程从2011年开始改为32个学时，2个学分。基于学时数的增加和学生基础的现状，我们对此门课程的教学方式进行了改革，增加了实践教学内容，以保证学生在基础理论学习的基础上增强一定的实践创新能力。
二、教学改革与实践
对于本课程，课堂上的理论教学环节为实践教学的基础内容，是为了让学生更好地完成设计与制作，以获得一定的实作技能，增强动手能力。针对学时数的增加以及学生的多层次、多专业特点，在教学中将课程优化，注重基础与应用，理论与实践结合，使课程具有实用性，诱发学生学习兴趣。在实验教学方面，要求非电专业、基础较差的学生进行基本的验证性电子设计与制作，在制作中让学生认识和应用各种实用的器件与集成芯片，积累知识。吸引、鼓励基础好的学生在教师指导下自主开展电子设计与制作，给学生的自主选题兼顾实用性与趣味性，激发学习兴趣。
所以，在教学中通过课堂教学与实践教学并重的指导思想组织教学，基础与应用兼顾，让学生通过此门课程的学习，获得有关电子设计与制作的一些基本技能、设计与制作简单电子产品的能力以及解决设计与制作过程中遇到的实际问题的能力（查阅资料、确定方案、选择器件等）。
1.注重课堂教学
本课程的教学学时改为32学时之后，将20个学时作为课堂教学，较之之前的16个学时增加了4个学时。课堂教学仍重点讲解二进制基础、组合逻辑电路、触发器、时序电路四个模块，在每个模块增加1个学时的课堂练习及对习题的细致讲解，以加强学生对基础知识的掌握。对于在实践环节中经常会用到的器件，在课堂教学中做重点讲解，有助于学生在设计与制作中进行科学合理的设计与应用。教学中，注意备课充分、重点突出、难点分散，教学进度科学合理，注重理论联系实际，注重学科间的融合与渗透。在课堂教学中，注意采用灵活、多变的教学方式，有效利用多媒体教学设备，注意加强老师自己的语言组织和表达能力，以充分调动学生学习的积极性，使学生从被动学习变为主动学习，以激活学生的创新思维，提高素质教育的水平和效果。
2.注重实践教学
“电子设计与制作”（数字篇）是一门实践性很强的课程，之前限于课时及学生基础的限制，没有将实作作为教学的重点。将课时改为32个学时后，经将课程重新设置，有12个学时作为学生的实作课时，将过去应用实例仅在课堂讲解改为学生到实验室动手实作。利用实验中心的实验场所，将学生分成两批，一批为基础较好的学生，实作部分为综合性设计与制作，以培养学生的创新能力和解决实际问题的能力，其余学生的实作部分为模仿性（即验证性）设计与制作，以培养学生对电子设计与制作的基本认识并掌握基本技能。
（1）模仿性设计与制作。对基础较差的学生，实行分模块设计与制作，以加强对基础知识的掌握并培养一定的实作能力。由教师规定设计内容和设计方法，并将设计与制作的方案确定好，由学生在实验室进行模仿性设计与制作。模仿性设计与制作要达到的目标是：认识所用元器件，掌握元器件的工作原理，熟悉电路图，学会基本的焊接与制作。以数字时钟的设计与制作为例，将数字时钟分成秒信号产生模块、计时模块、译码显示模块，最后将各模块组装起来进行综合调试。这个设计涉及数字电路里的组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等全部内容。 1）秒信号产生模块。秒信号为计时器的基础信号，有多种产生方法，可以利用单片机内部的定时/计数器产生，也可用晶振加分频器产生，分频器可以用计数器级联，也可直接选用分频器件。对于基础较差的学生，拟定的方案是采用 CD4060和D触发器器件来设计秒信号产生模块。CD4060作为晶振及分频器件，为32768HZ晶振加14级分频后可得到2Hz信号，再经D触发器二倍分频后即可得到1Hz的秒信号，在这个模块设计里，学生了解了数字芯片及D触发器的应用。
2）计时模块。计时分时、分、秒计时，时、分、秒分别为24、60、60进制计数，选用同步十进制加法计数器74LS160来构成这两种进制的计数器，74LS160价格便宜，使用普遍。在讲解时序逻辑电路有关计数器相关内容时，在课堂上就将此器件做重点讲解，并详细讲解用此器件级联组成各种进制计数器及分频器的方法，作为实作练习的一个基础。
3）译码显示模块。此模块是实现将二进制数据按十进制数显示的功能。时、分、秒均要显示两位数字，所以要用到6个显示器，相应要6个显示译码器。如选用LED七段数码显示，且每一位分别译码显示的话，将需要42（6×7）根数据线，占用器件的I/O（输入/输出）资源较多。为了节省I/O资源，可以采用动态扫描方法，将所有数码管的7段分别连在一起，各位的数据统一输入，再将各位的地端（如选共阴数码管器件）分别引出作为位控端，这样总共只需要13（6+7）根数据线。送某一位数据时将相应数码管位控端设置为有效即可，这样数据一位一位地送，数码管一位一位地显，在扫描频率大于24Hz时，人眼将看不出数字的闪烁。这个模块涉及到组合逻辑电路里的设译码器、选择器。数据输送及位控制电路如图1所示。
将模仿性设计方案交给学生的同时教给学生在实作中应该注意的一些细节：各器件的功能表，各管脚的功能，是高电平有效还是低电平有效，设计及在具体使用中应注意的问题，比如器件可能会因为信号的持续时间过短及触发器的复位速度有快有慢，导致电路的误动作。因此，在接电路的过程中要考虑电路的可靠性问题等等。
（2）综合性设计与制作。对于部分基础较好的学生，鼓励其进行自主设计，设计中加入CPLD、FPGA等前沿技术。设计中，教师以引导和个别辅导为主，以学生为实验主体，鼓励学生独立思考，并引导学生观察问题、分析问题、解决问题。学生自愿分成1-3人一组，自己讨论设计方案，进行方案论证，再与教师讨论形成最终设计方案，选择器件，然后是实作、调试。通过这种实作方式激发学生对电子设计与制作的浓厚兴趣，充分发挥每一位学生的主观能动性和创新意识，使学生提高对知识的自主建构能力，有效地促进学生的学习和发展。
三、结论
“电子设计与制作”选修课程的建设还有很多工作要做，课程内容的设置要更具有层次性、实用性、选择性，以适应不同学生的需求，教学方式要以基础和实践相融合，以期达到更好的教学效果。
参考文献：
[1]卓越工程师教育培养计划[EB/OL].http：//www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs/.
[2]王越.从英特尔杯大学生竞赛看高校学生竞赛的意义[J].电子产品世界，2008，（7）.