新工科背景下農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革探索

廖娟 吳敏 劉路

摘要 新工科的建設(shè)與發(fā)展對(duì)高校工程專業(yè)課程教育提出了新要求，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)提出了新的目標(biāo)。在新工科背景下對(duì)農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后圍繞新工科的工程科技人才培養(yǎng)要求，有針對(duì)性地從優(yōu)化教內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面進(jìn)行了教學(xué)改革探討。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電子技術(shù);新工科;教學(xué)探討;農(nóng)林院校

Abstract The construction and development of new engineering puts forward new requirements for engineering professional curriculum education in colleges and universities， and puts forward new goals for the cultivation of students. Under the background of new engineering， teaching status of digital electronic technique in agricultural and forestry universities were analyzed in this paper. Then， based on the training requirements of engineering and technology talents for new engineering，teaching improvement methods for digital electronic technique were contrapuntally discussed，including the optimization of teaching content，the improvement of teaching mode，and the enhancement of innovation practice.

Key words Digital electronic technique;New engineering;Teaching discussion;Agricultural and forestry universities

電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得電氣自動(dòng)化技術(shù)、電子信息工程技術(shù)等廣泛應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)，因此很多農(nóng)林院校開(kāi)設(shè)了電氣工程專業(yè)、電子信息工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)。數(shù)字電子技術(shù)作為農(nóng)林院校里工科專業(yè)必修的電類基礎(chǔ)課，是后續(xù)的理論課程和實(shí)踐課程（如單片機(jī)原理及應(yīng)用、EDA技術(shù)、電力電子技術(shù)、電子工藝實(shí)訓(xùn)等）的先修基礎(chǔ)課[1]。課程通過(guò)對(duì)常用數(shù)字電子器件、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及其系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本概念和基本原理，并能夠?qū)⒏拍睢⒃砑半娐贩治鲈O(shè)計(jì)方法應(yīng)用于工程問(wèn)題的解決，獲得數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本技能以及工程實(shí)踐能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)和從事工程技術(shù)工作打下良好基礎(chǔ)[2]。

數(shù)字電子技術(shù)有著極深的理論知識(shí)和應(yīng)用技能，該課程的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)在農(nóng)業(yè)信息化、農(nóng)機(jī)智能化、農(nóng)作物信息感知等眾多熱門領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著教育部《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》的發(fā)布，各地高校開(kāi)展了新工科的研究實(shí)踐活動(dòng)，深化工程教育改革，推進(jìn)新工科的建設(shè)與發(fā)展，新工科的5個(gè)“新”，即工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系[3-5]。在5個(gè)“新”的指導(dǎo)下，數(shù)字電子技術(shù)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能適應(yīng)新工科背景下創(chuàng)新工程教育的要求。筆者圍繞新工科復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，在分析農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地探討了農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)改革措施。

1 傳統(tǒng)農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

數(shù)字電子技術(shù)在農(nóng)業(yè)電氣化、智能化等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為滿足農(nóng)林創(chuàng)新研究人才的需要，數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中應(yīng)將農(nóng)林人才創(chuàng)新實(shí)踐技能需求與教學(xué)內(nèi)容相銜接[6]，在教學(xué)內(nèi)容中引用農(nóng)業(yè)工程實(shí)際應(yīng)用中的電路案例分析，讓學(xué)生能夠主動(dòng)結(jié)合某一電路的實(shí)際工程應(yīng)用來(lái)學(xué)習(xí)和分析電路，在研究與實(shí)踐中主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)。但傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)局限于理論知識(shí)的傳授，筆者根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐以及與同類課程的授課教師進(jìn)行教學(xué)交流，總結(jié)了目前農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題。

1.1 理論教學(xué)學(xué)時(shí)壓縮，知識(shí)點(diǎn)抽象

數(shù)字電子技術(shù)的理論教學(xué)學(xué)時(shí)由64學(xué)時(shí)壓縮為48或56學(xué)時(shí)，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)為48個(gè)學(xué)時(shí)，但課程內(nèi)容涉及知識(shí)多，授課教師面對(duì)如此多的教學(xué)內(nèi)容通常會(huì)進(jìn)行選擇性的授課，如第二章中邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)，課上教師會(huì)系統(tǒng)而詳細(xì)的重點(diǎn)講解公式法和卡諾圖法化簡(jiǎn)，但是實(shí)際生活中電路變量個(gè)數(shù)的增加，公式法和卡諾圖法化簡(jiǎn)使用受限，而更實(shí)用的Q-M法化簡(jiǎn)不在課上進(jìn)行教學(xué)[7]。此外，知識(shí)點(diǎn)抽象，學(xué)生很難理解與消化，如前面所學(xué)電路內(nèi)容涉及都是具體的電壓值和電流值，而數(shù)字電路中只有0和1這2個(gè)邏輯值，數(shù)字電路中如何獲取這兩個(gè)邏輯值以及涉及到的二進(jìn)制運(yùn)算等知識(shí)點(diǎn)抽象，課上如果不結(jié)合計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程和實(shí)際工程應(yīng)用，而是單純枯燥地介紹該部分知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生不能直觀地理解，只能對(duì)教師傳授內(nèi)容的記憶或生搬硬套，產(chǎn)生厭學(xué)情緒而影響后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

1.2 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)欠缺，創(chuàng)新度不高

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生往往只是機(jī)械地仿照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟來(lái)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并不仔細(xì)思考其中的設(shè)計(jì)原理，不能很好地掌握電路在實(shí)際應(yīng)用中的工程背景及應(yīng)用場(chǎng)合，且驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)題目陳舊，創(chuàng)新度不高[8]。此外，該課程學(xué)生人數(shù)眾多，數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)課程在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)涉及農(nóng)機(jī)化工程、機(jī)械化工程、車輛工程、建筑與能源工程、電氣工程和設(shè)施農(nóng)業(yè)工程等眾多專業(yè)，每年修該課程的學(xué)生達(dá)到1 000多人。在實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件頗為有限，造成了學(xué)生多人一組，部分學(xué)生并沒(méi)真正參與到設(shè)計(jì)內(nèi)容，而是從網(wǎng)絡(luò)或同組同學(xué)處抄襲設(shè)計(jì)內(nèi)容以完成學(xué)習(xí)任務(wù)，很難得到充分實(shí)踐。

1.3 重視通用知識(shí)教學(xué)，農(nóng)業(yè)特色不明顯

面向大學(xué)的工科專業(yè)，現(xiàn)行的數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)只是區(qū)分電類與非電類來(lái)制定教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃，不同高校的相同專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)內(nèi)容差異不大，多在數(shù)字電路基本知識(shí)、基本數(shù)字邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)以及常用芯片的功能特性與應(yīng)用等通用知識(shí)教學(xué)。但同一專業(yè)在不同的高校具有不同的特色，對(duì)于具有農(nóng)林專業(yè)背景的學(xué)生來(lái)說(shuō)，其教學(xué)體系中應(yīng)多為農(nóng)業(yè)工程問(wèn)題如農(nóng)業(yè)信息采集電路、農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制電路等，通用知識(shí)的教學(xué)與專業(yè)背景和工程實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)探索

針對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)局限于傳授基礎(chǔ)知識(shí)的現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，按照“新工科”的工程科技人才培養(yǎng)要求，探索數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式。

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法

結(jié)合農(nóng)林學(xué)校特色專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，修訂教學(xué)計(jì)劃，調(diào)整教學(xué)大綱，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，在保留基本概念、基本理論、基本運(yùn)算的前提下，將先進(jìn)的農(nóng)林技術(shù)、科研成果、新知識(shí)新工藝轉(zhuǎn)化成教學(xué)內(nèi)容及時(shí)傳授給學(xué)生，以講清概念、強(qiáng)化應(yīng)用為重點(diǎn)來(lái)確定課程的主要內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)，密切聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用，并在課堂教學(xué)前，與相關(guān)課程授課教師進(jìn)行溝通，處理好課程間的銜接和課程相關(guān)內(nèi)容間的關(guān)系。

基于課程特點(diǎn)，教學(xué)方法應(yīng)突出學(xué)生的主體地位，理論知識(shí)的講解以項(xiàng)目為載體，并在教學(xué)中引入仿真軟件（如Multisim等）進(jìn)行教學(xué)[9]，將一些抽象枯燥、傳統(tǒng)方法中難以用語(yǔ)言表達(dá)的知識(shí)點(diǎn)，利用仿真軟件就能直觀地觀察電路的運(yùn)作過(guò)程和元件狀態(tài)變化的細(xì)節(jié)，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，學(xué)生不由自主地進(jìn)入學(xué)習(xí)情景中，隨著教師的引導(dǎo)與啟發(fā)，自主地開(kāi)始進(jìn)行問(wèn)題的探討，讓學(xué)生不再局限于傳統(tǒng)教學(xué)模式下知識(shí)點(diǎn)的理論分析和記憶，激發(fā)學(xué)生的能動(dòng)性，培養(yǎng)抽象學(xué)習(xí)能力。

以溫室中16個(gè)采集點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，該項(xiàng)目可分為數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)、控制器數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)、控制器數(shù)據(jù)發(fā)送模塊設(shè)計(jì)等項(xiàng)目，各點(diǎn)溫度傳感器采集的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換和無(wú)線發(fā)送至主控制器，主控制器進(jìn)行溫度的判斷比較后進(jìn)行相應(yīng)的加溫或降溫處理的控制，由于采集點(diǎn)多且主控制器的輸入輸出接口有限，將數(shù)字溫度信號(hào)通過(guò)16-4線編碼器編碼到達(dá)控制器，控制器接收、處理相應(yīng)的4位二進(jìn)制碼，發(fā)送給4-16線譯碼器，譯碼器根據(jù)有效信號(hào)位去控制相應(yīng)的加溫或降溫部件。在數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，按照數(shù)字電子技術(shù)課程的知識(shí)體系，引出該節(jié)課所要講授的知識(shí)點(diǎn)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），講授完后利用Multisim軟件設(shè)計(jì)并仿真項(xiàng)目，在學(xué)生掌握基本理論后，設(shè)置情景，如果數(shù)字量的數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換為模擬量怎么辦？學(xué)生由被動(dòng)記憶 A/D原理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索A/D與D/A功能以及電路設(shè)計(jì)、模擬情境的設(shè)置，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

2.2 強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，設(shè)立創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐才能更好地掌握理論知識(shí)以及知識(shí)的靈活運(yùn)用，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)大多為基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能將課程知識(shí)很好地應(yīng)用到實(shí)際[10]。為彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，結(jié)合院校特色、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)以及技術(shù)的發(fā)展，以小課題形式提出若干與農(nóng)林知識(shí)相結(jié)合的研究方向，結(jié)合自己的興趣，學(xué)生自主地組建小組，合理地分工合作，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、解決方案討論以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，整個(gè)實(shí)踐過(guò)程的學(xué)習(xí)，能夠讓讓學(xué)生深入掌握課程知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用，更能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、提高實(shí)踐能力水平、培養(yǎng)學(xué)生自身團(tuán)隊(duì)間的合作意識(shí)與協(xié)作水平以及學(xué)生求真務(wù)實(shí)作風(fēng)，這些都為將來(lái)的繼續(xù)升造或者進(jìn)入社會(huì)工作打下了良好基礎(chǔ)。

此外，結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽內(nèi)容，將科技活動(dòng)有效引入第二課堂，改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)交叉學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，配合全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生自動(dòng)化大賽、全國(guó)大學(xué)生農(nóng)業(yè)智能裝備大賽以及安徽省單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用大賽等，開(kāi)展數(shù)字電路的應(yīng)用類型綜合實(shí)訓(xùn)，并通過(guò)興趣小組的篩選，可以將較好的學(xué)生和較好的小組作為大學(xué)生各類比賽以及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等高水平大賽的人才和團(tuán)隊(duì)儲(chǔ)備。

2.3 以產(chǎn)教融合為指導(dǎo)，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

產(chǎn)教研融合即將理論、實(shí)踐、創(chuàng)新三者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，為更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化，如安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院可以繼續(xù)加強(qiáng)與合肥陽(yáng)光電源公司、中聯(lián)重機(jī)股份有限公司、合電正泰電氣設(shè)備公司、安徽電力公司等相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作，完善校外實(shí)踐基地建設(shè)，充分發(fā)揮和依托本學(xué)院電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心、校外實(shí)踐基地，強(qiáng)化企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下的數(shù)字電子技術(shù)綜合工程實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、運(yùn)作等各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)，切實(shí)地提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。另外，產(chǎn)教研融合還可以實(shí)現(xiàn)校企共建課程與教學(xué)資源，結(jié)合企業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富課堂案例教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)方法的改進(jìn)，真正做到“做中學(xué)、做中教”的教學(xué)做合一。

基于創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，考評(píng)方式不再是單輪的理論考試+平時(shí)成績(jī)，而是要加入學(xué)生實(shí)踐能力的考核，包括實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程、研究報(bào)告以及答辯成績(jī)，使教學(xué)重點(diǎn)放到能力的培養(yǎng)上，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性以及對(duì)研究與實(shí)踐的興趣，開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

在新工科背景下，分析了農(nóng)林院校數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的現(xiàn)狀，有針對(duì)性地對(duì)教學(xué)方法改進(jìn)進(jìn)行了探討，具體包括優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)以及加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研，旨在將實(shí)踐教學(xué)引入課堂，通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)、提高創(chuàng)新實(shí)踐能力，最終培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、創(chuàng)新實(shí)踐能力強(qiáng)的農(nóng)林“雙創(chuàng)型”后備人才。但教學(xué)是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程，如何培養(yǎng)出新工科復(fù)合型創(chuàng)新人才，后續(xù)的教學(xué)過(guò)程仍需要不斷改革創(chuàng)新。

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