數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)探究性教學(xué)方法探索和實(shí)踐

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1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)探究性教學(xué)方法探索和實(shí)踐　　摘要：本文介紹了哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子學(xué)教研室在編寫《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材時。注重教學(xué)內(nèi)容的前沿性，引入國外名校教學(xué)案例；注重教學(xué)過程的實(shí)踐性，學(xué)生需要完成多個綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證；突出探究性，設(shè)計(jì)了學(xué)生探究性項(xiàng)目。提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，有力地推進(jìn)了工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；研究性教學(xué)；工程創(chuàng)新人才大學(xué)是傳授高深學(xué)問的地方，這種知識不應(yīng)只是一般的學(xué)科知識或確定性知識，而是具有前沿性的創(chuàng)新知識。進(jìn)入20世紀(jì)以后電子技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時期，電子技術(shù)的教學(xué)應(yīng)該通過研究性教學(xué)啟發(fā)帶動學(xué)生掌握這種

2、先進(jìn)技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子學(xué)教研室在2011年編寫了由高等教育出版社出版的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》普通高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材。針對該教材我們開展了數(shù)字電子技術(shù)研究性教學(xué)的探索，注重電子技術(shù)實(shí)踐性，跟蹤電子技術(shù)的最新發(fā)展，經(jīng)過小班試點(diǎn)，取得了很好的實(shí)踐效果。一、研究性教學(xué)內(nèi)容的前沿性5若課程內(nèi)容的前沿性不足就不能反映科學(xué)上的新進(jìn)展，也會制約學(xué)生掌握最新知識和先進(jìn)方法，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。研究性教學(xué)可以將前沿科學(xué)問題作為教學(xué)內(nèi)容提出，且不像傳統(tǒng)課程那樣給出明確的結(jié)論。這樣便于保證課程的前沿性和開放性。前沿性的課程內(nèi)容既傳播新知識和新方法，

3、又能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動機(jī)和創(chuàng)新自我效能感。當(dāng)學(xué)生得知自己正在討論學(xué)術(shù)前沿問題時，他們會表現(xiàn)出更大的研究興趣，投入更多時間和熱情，也更加渴望在這樣的問題上提出自己的見解，從而激發(fā)他們的創(chuàng)新動機(jī)。反之，陳舊的課程內(nèi)容會減弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拉低自我效能感和創(chuàng)新動機(jī)，學(xué)生們也會傾向于使用固有思路和方法去解決問題。當(dāng)前，電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入電子設(shè)計(jì)自動化時代，電子設(shè)計(jì)自動化（簡稱EDA）是現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)最前沿的技術(shù)。它可以將幾片到上千片中小規(guī)模集成電路集成到一塊芯片如FPGA芯片中，在通信工程、自動控制系統(tǒng)、機(jī)電一體化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它包括FPGA/CP

4、LD開發(fā)技術(shù)、SOPC（片上可編程系統(tǒng)）及ASIC（專用集成電路）設(shè)計(jì)。5FPGA技術(shù)一個重要特點(diǎn)是技術(shù)更新快，從器件、軟件到各種參考書籍，層出不窮。例如Altera公司的可編程邏輯芯片，兩三年就會推出新一代芯片，在性能上或多或少有所改進(jìn)。其集成開發(fā)環(huán)境幾乎逐年更新。因此在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)電子設(shè)計(jì)自動化的重要性，并以此為主線開展教學(xué)。通過電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）技術(shù)及硬件描述語言HDL簡介、可編程邏輯器件結(jié)構(gòu)、Verilog語言及可編程邏輯器件編程軟件QuartusII的學(xué)習(xí)，學(xué)生可全面地掌握電子設(shè)計(jì)自動化的設(shè)計(jì)方法。Verilog語言學(xué)習(xí)采取先給出實(shí)

5、例，再對實(shí)例中出現(xiàn)的語法現(xiàn)象進(jìn)行說明的書寫方式，保證了Verilog語言語法介紹的連續(xù)性。實(shí)例覆蓋了中規(guī)模邏輯器件，包括：數(shù)據(jù)選擇器、加法器、顯示譯碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和有限狀態(tài)機(jī)。通過模仿這些實(shí)例可以快速地掌握邏輯電路的Verilog程序編寫方法。為了使電子設(shè)計(jì)自動化教學(xué)與國際接軌，首先我們與美國著名半導(dǎo)體公司ALTERA建立了國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，調(diào)查了美國、加拿大及英國的部分大學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)課程的內(nèi)容及使用的EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這些學(xué)校包括美國阿拉巴馬大學(xué)（UniversityofAlabama）、美國伊利諾州立大學(xué)香檳分校（Universityo

6、fIllinoisatUrbana-Champaign）、美國密西根大學(xué)（UniversityofMichigan-AnnArbor）、加拿大多倫多大學(xué)（UniversityofToronto）、美國普渡大學(xué)（PurdueUniversity）、喬治亞理工學(xué)院（GeorgiaInstituteofTechnology）、英國倫敦大學(xué)（UniversityofLondon）、帝國理工學(xué)院（ImperialCollegeLondon）、麥克馬斯特大學(xué)（McMasterUniversity）美國哥倫比亞大學(xué)（Columbia5University）等，

7、這些國際大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程都大量引入電子設(shè)計(jì)自動化相關(guān)的理論及實(shí)踐課程，所使用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和我校相同為ALTERA公司的DE2開發(fā)平臺。這為我們借鑒國際教學(xué)模式奠定了基礎(chǔ)。參考國外大學(xué)，修改了課程的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)電子設(shè)計(jì)自動化的重要性，通過電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）技術(shù)及硬件描述語言HDL簡介、可編程邏輯器件、Verilog語言及可編程邏輯器件編程軟件QuartusII的學(xué)習(xí)，學(xué)生可全面地掌握電子設(shè)計(jì)自動化的設(shè)計(jì)方法。通過國際化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的平臺引入了美國工程類頂尖名校伊利諾伊—香檳分校、普渡大學(xué)、密西根大學(xué)的教學(xué)案例。同時邀請國際同類課程教授及FP

8、GA設(shè)計(jì)名企資深工程師前來講學(xué)培訓(xùn)，如2011年5月邀請美國明尼蘇達(dá)大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程負(fù)責(zé)人Sobelman教授及學(xué)生來訪，觀摩了本課