“新工科”背景下大数电课程的教学改革实践研究.docx

2020年8月刊专业与课程建设MajorConstruction&CourseConstruction“新工科”背景下大数电课程的教学改革实践研究宁改娣（西安交通大学电工电子教学中心，陕西西安710049）【摘要】随着数字技术的高速发展，“数字电子技术”课程和微处理器类课程（以下简称“大数电课程”）教学内容和教学模式上存在的各种问题不断凸显出来，如教学内容陈旧落后、系统化不足、联系实际应用少、微处理器类课程内容重复等。多数课程仅针对具体某类芯片进行介绍，且均采取应试教学模式，学生遇到其他类型微处理器时不会灵活使用。针对这些问题，西安交通大学电气学院对大数电课程内容及教学方式进行了大胆改革，以成果为导向，持续改进建设具有高阶性、创新性和挑战度的大数电课程。【关键词】新工科；数电；教改【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】2095-5065（2020）08-0001-040引言自20世纪70年代起，随着IC设计和制造技术的发展，每当制备出新型处理器，各高校为了缩短学生学习新型处理器的时间，一般会开设相应的新课程。然而教师既“喜新”又不“厌旧”，教学计划中同时存在一系列的微处理器类课程。微处理器类课程主要介绍热门的处理器芯片如何收稿日期：2019-12-13作者简介：宁改娣（1964—），女，陕西韩城人，博士，教授，研究方向为数字控制技术、柔性交流输电技术。基金项目：2016年教育部产学合作协同育人项目“MSP433教材开发及课程建设”（项目编号：暂无）；2017年教育部产学合作协同育人项目“数字电子技术与微处理器基础”（项目编号：暂无）；2017年教育部教改项目“电子技术与电工学国内外教材比较研究”（项目编号：暂无）；2018年西安交通大学“‘名师、名课、名教材’建设项目”（项目编号：暂无）；2016年西安交通大学校级项目“大数电课程教学内容、课程体系及教材建设的改革与实践”（项目编号：暂无）。使用。笔者自20世纪80年代后期起，追随着摩尔定律的发展主讲或开设过“微机原理”“单片机原理及应用”“DSP技术及应用”等微处理器类课程，课程教学中涉及选择型号和熟悉实验平台、确定教学内容和准备教材、开发实验内容和编写实验指导书等环节，教学基本上是按照传统理论教学模式和评价体系进行的，从无到有的开发过程虽然艰辛，但基本能够达到微处理器类课程的教学目的，学生可以很快地将新型处理器芯片应用于科研当中。但随着微处理器的快速更新换代，以及可编程逻辑器件的高速发展，大数电课程如何满足“新工科”背景下的教学目标成为各高校亟须解决的问题。1大数电课程存在的问题及课程整合目前各高校的“数字电子技术”课程仅介绍1工业和信息化教育IndustryandInformationTechnologyEducation2020年8月刊了数字系统各功能模块的概念。学生会有“学习这些零散内容的目的何在”的疑问。其实微处理器内部包含了数电各模块的典型数字电子技术应用系统。因此，2001年笔者提出将“数电”和微机原理类课程进行整合的想法[1]。国外在2003年开始有类似的整合教材，其中一本教材在美国百余所高校使用[2,3]。针对与现代数字技术相关的课程，进行大类课程整合及教学内容更新是保证教学质量和打造“金课”的第一要素，也是发展趋势。但是目前国内多数高校的相关课程教学仍然使用传统的教学模式。在学时压缩的情况下，各高校教学大纲中的微处理器类课程均压缩了学时。西安交通大学（以下简称“西安交大”）电气学院2010年本科培养方案中，与微处理器相关的4门课程的学时数（理论+实验）、开课学期、选修与必修、学分等情况，如图1所示。例如，“单片机原理及应用”选修课程，理论32学时，实验4学时，安排在第6学期，共2学分。由图1可见，4门处理器类课程的多数内容是类似的，但在“DSP技术及其应用”课程的教学中发现，学生并没有很好地应用所学的微机原理和单片机知识。这些课程确实存在一些问题，如学时长、学分多、低层次重复、课程衔接不当、应用训练少、师资及实验资源浪费、适用的芯片少、规律性基本概念缺失等，学生学习了微处理器类课程后，不清楚哪些内容是微处理器软硬件设计需要掌握的基本功。由于学时有限，所有微处理器类课程都改为选修或部分必修课程，有的电类专业学生甚至一门微处理器类课程都没有学过，后续学习以处理器为核心的“电子系统设计与实践”集中实践必修课程时，部分学生没有微处理器基础，学习困难大。传统处理器类课程成绩主要表现为笔试成绩，实验学时少于理论授课学时。实验一般都是照着实验指导书的流程进行的验证性实验，即使是综合设计实验，也会提出详细任务和要求。20世纪末，由于处理器更新换代的速度相对较慢，这种教学内容和教学方式，可以帮助学生缩短在科学研究中开发及应用处理器的时间。但目前处理器的更新换