民航專業(yè)“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革

詹湘琳，周德新，劉曉琳，劉 岱，劉 濤

(中國(guó)民航大學(xué)航空自動(dòng)化學(xué)院，天津300300)

目前，我國(guó)民航業(yè)對(duì)高層次的民航機(jī)務(wù)維修技術(shù)人才是迫切需要的，這已成為困擾行業(yè)發(fā)展的一大難題[1，2]。

“數(shù)字電子技術(shù)”是現(xiàn)有機(jī)務(wù)維修人才培養(yǎng)體系中涉及到的一門專業(yè)基礎(chǔ)課或是一個(gè)培訓(xùn)模塊。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)民航飛行學(xué)院、北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院、天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院的航空電子設(shè)備維修專業(yè)以及廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院在探索“數(shù)字電子技術(shù)”CDIO模式下的教學(xué)改革都取得了一定的成績(jī)[3～5]。

我校也引入美國(guó)麻省理工學(xué)院的CDIO教學(xué)模式并進(jìn)行了大膽嘗試和探索[6]。如何讓學(xué)生結(jié)合民航背景，高效掌握“數(shù)字電子技術(shù)”課程的理論知識(shí)，并具有實(shí)踐創(chuàng)新能力，讓今后走向機(jī)務(wù)維修工程崗位的學(xué)生或者是準(zhǔn)備繼續(xù)深造的學(xué)生具有排除數(shù)字電路故障的能力，這既是我們課程組進(jìn)行課程改革的初衷，也是課改的目標(biāo)。

1 常規(guī)教學(xué)存在的問(wèn)題

目前，我院主要面向機(jī)務(wù)維修工程培養(yǎng)學(xué)生?！皵?shù)字電子技術(shù)”的課程建設(shè)還存在一些問(wèn)題。

(1)教學(xué)內(nèi)容中缺少與民航相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用

目前，我校選用的教材是由高等教育出版社出版的、康華光等編著的“電子技術(shù)基礎(chǔ):數(shù)字部分(第五版)”，是普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。這套教材通過(guò)多屆教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果良好。但是，課程組發(fā)現(xiàn)，教材以及教學(xué)內(nèi)容與民航業(yè)聯(lián)系不緊密，沒(méi)有突出民航專業(yè)特色。歷屆學(xué)生也反映希望在教學(xué)過(guò)程中增加與飛機(jī)維修、數(shù)字電子技術(shù)在民航業(yè)中應(yīng)用方面的實(shí)例。

(2)理論教學(xué)存在的問(wèn)題

目前，我們理論課教學(xué)仍然采用教師在講臺(tái)上講，學(xué)生在課桌前聽(tīng)講的模式。這種模式的教學(xué)既有優(yōu)點(diǎn)，比如條理性強(qiáng)，但又存在明顯的不足，即教師很容易陷入在黑板上一味灌輸知識(shí)，而學(xué)生在經(jīng)過(guò)大半個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)以后，只知道各種數(shù)字器件的名稱以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)于學(xué)了以后器件如何使用、用在哪里、如何構(gòu)成一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)仍然很茫然。所以，這種教學(xué)方式下，學(xué)生僅僅只會(huì)全盤(pán)接受教師所教的知識(shí)，對(duì)于學(xué)生獨(dú)立思考能力、解決問(wèn)題能力、應(yīng)用能力的培養(yǎng)存在某種程度的缺失。

因此，針對(duì)上述不足，我們?cè)诂F(xiàn)有課程內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行了改革和調(diào)整。

2 教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)

本課程的主要教學(xué)有如下內(nèi)容:邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn)、晶體管的開(kāi)關(guān)特性、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖單元電路、大規(guī)模集成電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。

我們?cè)谡n堂授課時(shí)引入與專業(yè)相關(guān)的實(shí)例，反映當(dāng)今數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以資提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;通過(guò)引入仿真軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，不僅起到了與后續(xù)課程的銜接作用，也培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力和實(shí)踐能力。

通過(guò)教師充分交流和設(shè)計(jì)，我們將整個(gè)教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)部分、組合邏輯、時(shí)序邏輯、脈沖波形產(chǎn)生和數(shù)模轉(zhuǎn)換五個(gè)模塊。同時(shí)，為了增強(qiáng)學(xué)生綜合能力和動(dòng)手能力，我們引入若干個(gè)任務(wù)展開(kāi)。每個(gè)任務(wù)在形式上是相互獨(dú)立的，但又有內(nèi)在的相關(guān)聯(lián)系，其中也有與民航飛機(jī)相關(guān)的，如表1所示。當(dāng)然，這些任務(wù)實(shí)現(xiàn)的形式是靈活多變的，既可以把一個(gè)大任務(wù)分解成若干個(gè)小任務(wù)，讓學(xué)生分組完成，然后在模塊學(xué)習(xí)結(jié)束的時(shí)候，將任務(wù)以作業(yè)的形式書(shū)面上交;也可以是教師在模塊學(xué)習(xí)結(jié)束后，結(jié)合目前飛機(jī)上使用的電路與學(xué)生一起在課堂上分析、討論。

表1 數(shù)字電子技術(shù)模塊和任務(wù)展開(kāi)

下面分別以旅客廣播系統(tǒng)及數(shù)字式甚高頻全向信標(biāo)(VOR)方位測(cè)量電路作為實(shí)例說(shuō)明如下。

首先配合圖表介紹機(jī)上旅客廣播系統(tǒng)的作用與組成。機(jī)上旅客廣播系統(tǒng)是機(jī)組、乘務(wù)員可對(duì)旅客廣播、播放預(yù)錄通告、播放登機(jī)音樂(lè)和產(chǎn)生高/低諧音的設(shè)備。來(lái)自機(jī)組、乘務(wù)員及放音機(jī)的音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)優(yōu)先權(quán)選擇電路及放大器放大后，送到客艙內(nèi)的喇叭播放。諧音信號(hào)用于提醒旅客與乘務(wù)員。當(dāng)旅客呼叫乘務(wù)員時(shí)，諧音電路產(chǎn)生高諧音;當(dāng)機(jī)組呼叫乘務(wù)員時(shí)，諧音電路產(chǎn)生高/低諧音;當(dāng)禁止吸煙或系好安全帶告示出現(xiàn)時(shí)，諧音電路產(chǎn)生低諧音。然后，給學(xué)生布置任務(wù):用組合邏輯電路設(shè)計(jì)優(yōu)先權(quán)電路和諧音產(chǎn)生器電路。

下面以優(yōu)先權(quán)電路為例。優(yōu)先權(quán)電路實(shí)現(xiàn)從第一優(yōu)先權(quán)(駕駛艙廣播)、第二優(yōu)先權(quán)(乘務(wù)員廣播)、第三優(yōu)先權(quán)(預(yù)錄通知)到第四優(yōu)先權(quán)(登記音樂(lè))的任務(wù)，其中，第一優(yōu)先權(quán)最高，第四優(yōu)先權(quán)最低。學(xué)生可以按照組合邏輯電路設(shè)計(jì)的思路，先進(jìn)行邏輯抽象，根據(jù)實(shí)際邏輯問(wèn)題的因果關(guān)系確定輸入、輸出變量，并定義邏輯狀態(tài)的含義。然后根據(jù)邏輯描述列出真值表，由真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式。在簡(jiǎn)化和變換邏輯表達(dá)式后，畫(huà)出邏輯圖即可。也可以在模塊學(xué)習(xí)結(jié)束后，給出飛機(jī)上使用的旅客廣播系統(tǒng)原理圖，讓學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)與實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)直觀的比較。

同樣，在引入數(shù)字式VOR方位測(cè)量電路任務(wù)時(shí)，先介紹系統(tǒng)的作用與組成。無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)中VOR方位的測(cè)量除采用機(jī)械的模擬方法外，目前多采用數(shù)字方法。其基本原理是將接收機(jī)電路輸出的基準(zhǔn)相位30 Hz信號(hào)與可變相位30 Hz信號(hào)的相位差轉(zhuǎn)換為按時(shí)鐘頻率變化的脈沖數(shù)，以計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)反映VOR方位。這里涉及到RS觸發(fā)器與計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。為了幫助學(xué)生理解任務(wù)，可以更進(jìn)一步給出數(shù)字式VOR方位測(cè)量電路波形圖。在模塊學(xué)習(xí)結(jié)束后，給出數(shù)字式VOR測(cè)量方位電路圖，教師與學(xué)生一起分析?；鶞?zhǔn)與可變相位30 Hz信號(hào)分別經(jīng)過(guò)放大限幅后得到方波?；鶞?zhǔn)30 Hz方波前沿產(chǎn)生起始計(jì)數(shù)脈沖，加到RS觸發(fā)器S端;可變30 Hz方波前沿產(chǎn)生終止計(jì)數(shù)脈沖，加到RS觸發(fā)器R端。則RS觸發(fā)器輸出端Q端即輸出方位計(jì)數(shù)脈沖，其寬度代表基準(zhǔn)與可變兩個(gè)30 Hz信號(hào)的相位差。因此，方位計(jì)數(shù)脈沖期間打開(kāi)“與門”，計(jì)數(shù)器通過(guò)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)代表了基準(zhǔn)與可變相位30 Hz信號(hào)的相位差，從而得到VOR方位。

3 教學(xué)方法與手段改革

如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和學(xué)習(xí)積極性一直是課程組需要解決的一個(gè)難題。除了在課堂上注意多提出問(wèn)題、增加互動(dòng)環(huán)節(jié)之外，教師還積極進(jìn)行教學(xué)方法與手段的改革。

(1)自由開(kāi)放的課程設(shè)計(jì)。在課程開(kāi)始階段，學(xué)生可以自由組合，組成一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。教師會(huì)提出一些比較綜合性的小課題，比如表1中的任務(wù)。同時(shí)，學(xué)生也可以自己提出感興趣的課題。電路設(shè)計(jì)、工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、選定芯片、查找芯片手冊(cè)、買芯片和調(diào)試等工作，都由團(tuán)隊(duì)成員共同努力完成。在這期間，不僅僅是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)、社會(huì)交往能力。因?yàn)檫x什么芯片、到哪里去買，能否用替代芯片等，都要求學(xué)生能走出校門，到市場(chǎng)完成購(gòu)買。在課程快結(jié)束的時(shí)候，每個(gè)團(tuán)隊(duì)結(jié)合自己的研究成果，制作PPT、拿著實(shí)物向全班同學(xué)進(jìn)行演示、演講。另外，在演示結(jié)束的時(shí)候，還需要回答教師和同學(xué)提出的問(wèn)題。通過(guò)這種開(kāi)放的課程設(shè)計(jì)，能讓學(xué)生主動(dòng)參與到課程中，讓學(xué)生感到知識(shí)來(lái)源于生活，并服務(wù)于生活，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

(2)對(duì)學(xué)生因材施教，課內(nèi)與課外實(shí)踐相結(jié)合。近年來(lái)，學(xué)校和學(xué)院大量投入，構(gòu)建了與“數(shù)字電子技術(shù)”理論相配套的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心數(shù)電實(shí)驗(yàn)室。所有學(xué)生，都要求在該實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)。課程組與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心的教師就理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安排、具體任務(wù)的布置進(jìn)行充分、積極的溝通，協(xié)調(diào)理論課和實(shí)驗(yàn)課順利開(kāi)展。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，課程組教師積極鼓勵(lì)、指導(dǎo)他們利用課余時(shí)間參加各種競(jìng)賽，如全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等，提供實(shí)踐環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(3)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，增加師生之間的溝通，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和輔助工具的分離。我們開(kāi)發(fā)了“數(shù)字電子技術(shù)”Blackboard教學(xué)平臺(tái)。平臺(tái)上提供了多種多樣的資料，滿足不同層次學(xué)生的需要。比如，網(wǎng)站上提供了基本的教學(xué)資料，有教學(xué)大綱、授課教師的PPT課件、經(jīng)典例題、課程設(shè)計(jì)選題等。為了突出實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，網(wǎng)站上還提供了電子基礎(chǔ)應(yīng)用知識(shí)、多屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題庫(kù)。為了開(kāi)拓學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，同時(shí)使本課程與后續(xù)的“現(xiàn)代電子系統(tǒng)技術(shù)”課程緊密結(jié)合，網(wǎng)站上為此提供了FPGA等可編程邏輯器件的相關(guān)知識(shí)以及相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。此外，為加強(qiáng)研究性學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，以服務(wù)于民航科技發(fā)展和學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)，網(wǎng)站上提供了全國(guó)部分大學(xué)研究生入學(xué)考試試題以及部分重點(diǎn)章節(jié)的練習(xí)題及答案。

4 結(jié)語(yǔ)

我校的“數(shù)字電子技術(shù)”課程的改革已取得一定成果，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情增高，近五年來(lái)學(xué)生理論課的成績(jī)呈上升趨勢(shì)，如表2所示。從表中可以看出，2008-2010年，90分以上的優(yōu)秀成績(jī)所占比重還比較小，2011年開(kāi)始，逐年上升。特別是2012年，80分以上的優(yōu)良成績(jī)要高于往屆。另外，學(xué)生在課外參加各種競(jìng)賽(如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽)中也取得了好成績(jī)。

今后，我們將更加注重教師的培養(yǎng)，加強(qiáng)與全國(guó)高校數(shù)電課程組的溝通，借鑒國(guó)外“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)成功經(jīng)驗(yàn)[7]，嘗試多樣化考核制度，并引入更多科研實(shí)例，以取得更好的教學(xué)成果。

表2 學(xué)生理論課成績(jī)

[1]鄧君香，廖向紅等.民用航空器維修機(jī)場(chǎng)培訓(xùn)課程特色及其高職教育探索[J].天津:職業(yè)教育研究，2012，6:146-148.

[2]崔旭，徐春艷.航空維修技術(shù)人才培養(yǎng)模式探索與研究[J].沈陽(yáng):沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12:1-4.

[3]張熙，彭衛(wèi)東，張德銀.機(jī)務(wù)電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建探討[J].成都:實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007，5:61-63.

[4]曾濤，候建軍.精品課程“數(shù)字電子技術(shù)”自主學(xué)習(xí)模式研究與實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28:14-17.

[5]姚冀濤.高職航空電子設(shè)備維修專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐探索[J].成都:當(dāng)代職業(yè)教育，2012，7:31-34.

[6]韓紹程，羅長(zhǎng)杰.基于CDIO工程教育理念的電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].天津:實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14:46-47.

[7]江捷.從“數(shù)字電子技術(shù)”課程看中英兩國(guó)本科教學(xué)差異[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29:85-87.

[8]張熙，彭衛(wèi)東，張德銀.機(jī)務(wù)電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建探討[J].成都:實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007，4:67-70.