能力培養(yǎng)下數(shù)字電路和系統(tǒng)課程設計范文
本站小編為你精心準備了能力培養(yǎng)下數(shù)字電路和系統(tǒng)課程設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
本文主要分析數(shù)字電路與系統(tǒng)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(shù)電課設的教學，強化過程考核。培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實踐的能力，強化數(shù)字系統(tǒng)的設計與分析，提高學生編程和自主解決問題的能力。數(shù)字電路與系統(tǒng)課程設計是電子信息、通信工程等專業(yè)在學習了數(shù)字電路與系統(tǒng)課程后所進行的綜合應用課程實習，是電子、自動化專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)，數(shù)電課設在培養(yǎng)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(yǎng)學生理論與實踐相結合，強化數(shù)字電路的設計與分析能力，提高實踐能力。
1數(shù)電課設教學的意義及現(xiàn)狀分析
數(shù)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(shù)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(shù)字邏輯電路的設計與分析和VHDL語言程序控制流程。數(shù)電課設可以提高學生解決問題的能力，增加學生的就業(yè)機會。但是在數(shù)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(shù)電課設使用quartusII集成開發(fā)環(huán)境進行VHDL語言編程，教學過程中發(fā)現(xiàn)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(chuàng)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(chuàng)新能力欠缺
對于數(shù)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(yè)設計課題時，往往不知道如何設計系統(tǒng)和搭建硬件電路等。實驗過程中有很多地方可以優(yōu)化創(chuàng)新，學生完成基本教學任務而缺乏主動尋找創(chuàng)新點，優(yōu)化系統(tǒng)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(shù)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(shù)電課設的設計。學生更多是記住老師的操作過程并且復現(xiàn)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(shù)電課設的教學改進
2.1重視能力的培養(yǎng)
數(shù)電課設作為一門綜合的應用設計，為學生學習后續(xù)課程和就業(yè)打下基礎。通過數(shù)電課設，培養(yǎng)學生的分析解決問題的能力、實踐能力和創(chuàng)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(wǎng)絡平臺，數(shù)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(jù)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(fā)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(fā)展和需求，平臺會定期更新一些數(shù)字電路設計的典型案例和相關的高新技術，了解數(shù)字電路的應用，擴展學生的學習范圍，開闊思路，加深對數(shù)字電路的理解。學生知識得到了提高，同時也激發(fā)學生為社會服務和創(chuàng)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(shù)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(shù)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(shù)器程序，來學習quartusII軟件的使用，如創(chuàng)建工程、創(chuàng)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(tǒng)拓展出復雜系統(tǒng)設計
在計數(shù)器程序基礎上，增加相應的功能模塊，拓展出各組的系統(tǒng)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(xié)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(shù)字電路設計與分析的流程。指導同學由計數(shù)器擴展出自動售貨機控制電路、8位串行數(shù)字鎖電路、汽車尾燈控制電路、數(shù)字頻率計；由計數(shù)器程序擴展出定時器程序；由定時器程序擴展出數(shù)字秒表、數(shù)字鐘電路、數(shù)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(xiàn)場可編程門陣列/復雜可編程邏輯器件)綜合開發(fā)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(jīng)過綜合變成具體器件后是否能實現(xiàn)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(tài)調試，簡化電路分析，是調試和驗證數(shù)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(shù)字電路設計打下基礎。數(shù)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(fā)現(xiàn)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(shù)器74LS163為例，利用74LS163的置數(shù)功能，設計10進制加法計數(shù)器，通過仿真波形，驗證電路能夠實現(xiàn)預期邏輯功能，仿真波形圖如圖2所示。
2.1.5培養(yǎng)實踐技能和創(chuàng)新能力
課堂上重視實踐技能的培養(yǎng)，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(guī)范VHDL語言代碼書寫規(guī)范和程序框架，強調注釋的重要性；引導學生根據(jù)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(jù)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(jiān)測程序的執(zhí)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(xiàn)更豐富的功能擴展，鼓勵學生創(chuàng)新，激發(fā)學生的創(chuàng)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(shù)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(jù)，因此，過程考核是教學的重要環(huán)節(jié)。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(tài)度等方面的表現(xiàn)。
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(xiàn)。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(shù)據(jù)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(xiàn)主要考核學生的實踐狀況、積極性和創(chuàng)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(xiàn)。
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(shù)據(jù)分析和處理，總結數(shù)字電路設計的方法，積累實踐經(jīng)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(xiàn)功能等）、程序清單（程序注釋）、調試過程（調試現(xiàn)象分析）、調試結果（最終實現(xiàn)哪些功能、未實現(xiàn)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(shù)電課設，其次是問答環(huán)節(jié)，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(jù)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(chuàng)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(tài)分布，如表1和圖2所示。從最終成績統(tǒng)計分析看，過程學習認真的學生，考核的分數(shù)也較高，知識點掌握的較好。在數(shù)電課設的教學過程中，發(fā)現(xiàn)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(chuàng)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(xù)專業(yè)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