数字电子技术基础探究性教学方法探索和实践

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1、数字电子技术基础探究性教学方法探索和实践　　摘要：本文介绍了哈尔滨工业大学电子学教研室在编写《数字电子技术基础》教材时。注重教学内容的前沿性，引入国外名校教学案例；注重教学过程的实践性，学生需要完成多个综合项目的设计及验证；突出探究性，设计了学生探究性项目。提高了学生自主学习的兴趣，有力地推进了工程创新人才的培养。关键词：数字电子技术；研究性教学；工程创新人才大学是传授高深学问的地方，这种知识不应只是一般的学科知识或确定性知识，而是具有前沿性的创新知识。进入20世纪以后电子技术进入飞速发展时期，电子技术的教学应该通过研究性教学启发带动学生掌握这种

2、先进技术。哈尔滨工业大学电子学教研室在2011年编写了由高等教育出版社出版的《数字电子技术基础》普通高等教育“十一五”国家规划教材。针对该教材我们开展了数字电子技术研究性教学的探索，注重电子技术实践性，跟踪电子技术的最新发展，经过小班试点，取得了很好的实践效果。一、研究性教学内容的前沿性5若课程内容的前沿性不足就不能反映科学上的新进展，也会制约学生掌握最新知识和先进方法，不利于培养学生的创新能力。研究性教学可以将前沿科学问题作为教学内容提出，且不像传统课程那样给出明确的结论。这样便于保证课程的前沿性和开放性。前沿性的课程内容既传播新知识和新方法，

3、又能够激发学生的创新动机和创新自我效能感。当学生得知自己正在讨论学术前沿问题时，他们会表现出更大的研究兴趣，投入更多时间和热情，也更加渴望在这样的问题上提出自己的见解，从而激发他们的创新动机。反之，陈旧的课程内容会减弱学生的学习兴趣，拉低自我效能感和创新动机，学生们也会倾向于使用固有思路和方法去解决问题。当前，电子技术已经进入电子设计自动化时代，电子设计自动化（简称EDA）是现代数字电子技术最前沿的技术。它可以将几片到上千片中小规模集成电路集成到一块芯片如FPGA芯片中，在通信工程、自动控制系统、机电一体化领域有着广泛的应用。它包括FPGA/CP

4、LD开发技术、SOPC（片上可编程系统）及ASIC（专用集成电路）设计。5FPGA技术一个重要特点是技术更新快，从器件、软件到各种参考书籍，层出不穷。例如Altera公司的可编程逻辑芯片，两三年就会推出新一代芯片，在性能上或多或少有所改进。其集成开发环境几乎逐年更新。因此在教学中强调电子设计自动化的重要性，并以此为主线开展教学。通过电子设计自动化（EDA）技术及硬件描述语言HDL简介、可编程逻辑器件结构、Verilog语言及可编程逻辑器件编程软件QuartusII的学习，学生可全面地掌握电子设计自动化的设计方法。Verilog语言学习采取先给出实

5、例，再对实例中出现的语法现象进行说明的书写方式，保证了Verilog语言语法介绍的连续性。实例覆盖了中规模逻辑器件，包括：数据选择器、加法器、显示译码器、触发器、计数器和有限状态机。通过模仿这些实例可以快速地掌握逻辑电路的Verilog程序编写方法。为了使电子设计自动化教学与国际接轨，首先我们与美国著名半导体公司ALTERA建立了国际联合实验室，调查了美国、加拿大及英国的部分大学的数字电子技术课程的内容及使用的EDA实验系统，这些学校包括美国阿拉巴马大学（UniversityofAlabama）、美国伊利诺州立大学香槟分校（Universityo

6、fIllinoisatUrbana-Champaign）、美国密西根大学（UniversityofMichigan-AnnArbor）、加拿大多伦多大学（UniversityofToronto）、美国普渡大学（PurdueUniversity）、乔治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）、英国伦敦大学（UniversityofLondon）、帝国理工学院（ImperialCollegeLondon）、麦克马斯特大学（McMasterUniversity）美国哥伦比亚大学（Columbia5University）等，

7、这些国际大学数字电子技术课程都大量引入电子设计自动化相关的理论及实践课程，所使用的实验系统和我校相同为ALTERA公司的DE2开发平台。这为我们借鉴国际教学模式奠定了基础。参考国外大学，修改了课程的教学内容，强调电子设计自动化的重要性，通过电子设计自动化（EDA）技术及硬件描述语言HDL简介、可编程逻辑器件、Verilog语言及可编程逻辑器件编程软件QuartusII的学习，学生可全面地掌握电子设计自动化的设计方法。通过国际化联合实验室的平台引入了美国工程类顶尖名校伊利诺伊—香槟分校、普渡大学、密西根大学的教学案例。同时邀请国际同类课程教授及FP

8、GA设计名企资深工程师前来讲学培训，如2011年5月邀请美国明尼苏达大学数字电子技术课程负责人Sobelman教授及学生来访，观摩了本课