黄 睿，金彦亮，黄 微

（上海大学，上海 200444）

“数字电路”是电子信息与通信专业的基础课程，旨在让学生建立对数字系统的基本概念，熟悉常用的基本器件，掌握基本的分析方法，从而掌握实际数字系统的分析和设计。课程知识点多，包括基本的数制、逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路，以及计数器、移位寄存器应用等[1]。一方面，由于上海大学实行三学期制，每个学期只有10 周，“数字电路”课程每周安排6 学时，学生要在60 个学时中学好本门课程，难度较大。另一方面，传统的“数字电路”教学以课堂讲授为主，教师使用板书、PPT 及多种现代化多媒体手段进行教学，虽然能将课程理论知识比较系统地教授给学生，但不能很好地激发学生的学习热情。同时，课程重点偏向电路功能的分析，学生对如何设计实际电路缺乏认知，不利于培养学生的工程实践能力和创新思辨思维，无法满足为集成电路产业培养复合型、实用型人才的长远发展需求[2]。

一、课程项目实践

为推动“数字电路”的教学从理论走向实践，借鉴案例教学[3]、多元化教学的经验[4]，上海大学将课程项目引入教学过程。经过广泛讨论、调研，教师为学生制定了多个课程项目供选择。这些项目大部分来源于生活，更能激发学生兴趣，如“绅士厕所逻辑电路设计”。绅士厕所是一种新概念厕所，通过将男厕使用率较低的马桶间与女厕共享，提高厕所使用率。马桶间建在男女厕中间一排，两侧都有门，只要一侧开启或锁上，另一侧的门就会上锁，如此就不会造成另一侧误入的状况。课程项目要求学生设计马桶间两侧的开关门控制电路，用D 触发器设计实现该厕所的门禁逻辑，并用LED 灯表示厕所门禁的状态。学生需要按照功能要求，自行设计出合理的状态转换图并加以实现。由此，通过项目驱动学生利用学习到的理论知识去解决实际工程问题。课程项目的实施流程如图1所示。

具体项目在课程开始的第一周发布，第二周学生确定选题。课程伊始，学生往往会对项目毫无头绪，不知从何入手。但随着课程的推进，理论知识的积累和学习资料的查阅，学生对项目会形成初步规划。学生在电路设计过程中不可避免会遇到陌生的知识点。面对难点，学生会带着解决实际问题的迫切需求查阅资料，询问教师。这种以问题为导向的学习方式更有利于学生发挥主观能动性，更深刻地掌握理论知识。

在项目实施过程中，强调过程性考核。学生需要首先使用Multisim 进行电路仿真，验证设计的电路是否合乎项目要求。教师在课堂中对于Multisim 如何使用不做介绍，鼓励学生自学。在电路功能仿真的基础上，要求学生上交项目中期报告。教师对报告进行评阅打分，分值将作为项目最终评分的一部分。通过中期报告，教师能及时掌握学生的项目进展情况，并根据实际情况进行有针对性的指导，有效防止了部分学生在学期末“搞突击”“搭便车”。在仿真通过后，学生才能进入实际的电路焊接、调试阶段。在项目结束前，学生提交项目的最终报告，并准备项目验收。学生将现场进行实物电路演示并回答教师提问。现场验收、答辩情况及项目的中期、最终报告均按百分比纳入平时成绩。图2 和图3 分别为学生所做“绅士厕所逻辑电路设计”项目的Multisim 仿真电路图和实物电路图。可以看到，课程项目激发了学生的学习兴趣，引导其努力将数字电路理论知识转化为具有实际功能的实物电路，不但巩固了理论基础，增强了动手能力，也培养了学生迎难而上的钻研精神。

图1 课程项目的实施流程

课程项目有利于培养学生的工程实践能力和思辨能力。面对实际的项目需求，学生首先需要将电路的功能描述转化为逻辑描述；其次对逻辑描述进行逻辑变换，得到逻辑状态表、逻辑方程、逻辑图；再其次进行Multisim 仿真，验证电路是否满足需求；最后通过焊接、调试电路完成项目。整个课程项目实现了理论指导实践，再在实践中领悟理论的不间断学习过程。学生通过查找资料，发现有多种电路可以实现该功能。学生在项目实施中会碰到各种问题，如，如何选择方案、不同功能模块如何连接、电路故障如何调试等。教师要求学生在最终项目报告中对典型问题进行总结，阐述对这些问题的分析和解决方案。学生在解决这些问题时所进行的大量思考和实践将提升他们的工程实践能力。

图2“绅士厕所逻辑电路设计”项目Multisim 仿真电路

图3“绅士厕所逻辑电路设计”项目实物电路

同时，课程项目注重培养学生的团队合作能力。学生自由组队，形成项目小组。项目实施过程中，各项目组充分发挥主观能动性，自主分工，自主确定项目进度。由于项目考核是以小组为单位，因此教师要求学生在最终项目报告中确定每个组员的分工内容和贡献百分比，该百分比将反映在个人的项目成绩中。大部分学生在确定贡献百分比时是严肃认真、实事求是的，该机制有利于调动学生参与项目的积极性。

此外，在整个教学过程中，建立了通畅的师生交流渠道。QQ 课程群、学习通平台及电子邮件等方式，方便学生提出问题、意见和建议，师生间形成了良好的互动。学生在学习过程中的困惑能及时得到解决，教师也能根据学生的反馈及时梳理教学思路，完善教学方法。同时，教师还重视学生在项目报告中表达的心得体会，其中对项目的评价和思考是课程项目开展效果评估的重要参考。根据学生的反馈和建议，教师对项目内容、要求进行调整，使课程项目在推动课程从理论走向实践的过程中发挥最大的作用。

二、课程项目量化考核与成绩分析

（一）项目考核指标

在“数字电路”课程的考核中，有意识地提升课程项目所占比重。课程成绩由平时成绩、项目成绩和考试成绩组成，三者所占百分比分别为10%、30%和60%。其中，项目成绩包括中期报告、最终报告和实物电路验收三部分。两份报告分别占项目成绩的10%和30%，验收占60%。教师提供报告模板，要求学生在报告中必须体现电路设计图、具体实验步骤、小组分工等内容，但两份报告又各有侧重。中期报告关注实验方案的确定和器件选用，最终报告则强调实物电路的实现步骤，以及电路焊接和调试过程中遇到的各种问题的分析和解决方案。图4 和图5 分别为两份报告的模板截图。

图4 中期报告模板

图5 最终报告模板

在实物电路验收过程中，要求小组成员必须全体到场参加实物电路的演示，回答教师提问。验收按照功能实现、性能指标、工程规范和理论知识四部分评分，每部分分值比例为25%。功能实现考查项目组是否完成项目要求；性能指标考查项目完成的质量；工程规范考查实物电路板的焊接、布线是否符合规范；理论知识则考查组员对相关电路理论知识的掌握情况。教师基于以上几点对项目小组进行验收评分。

项目成绩按小组评分，而个人成绩需在小组评分基础上根据每个人的项目贡献百分比来确定。以某5 人小组为例：中期报告80 分，最终报告83 分，验收85 分，则小组项目成绩为80×0.1+83×0.3+85×0.6=83.9 分；甲、乙、丙、丁、戊5 个人的贡献率分别为22%、20%、20%、20%和18%，则5 个人的项目成绩分别为：甲=83.9×5×0.22=92.29 分，乙= 丙= 丁=83.9×5×0.2=83.9 分，戊=83.9×5×0.18=75.51 分。

图6 2019 和2020 学年课程项目成绩分布情况

（二）项目成绩分析

教师以课程项目的完成情况作为“数字电路”课程目标达成与否的依据，提出针对数字电路设计和信号处理方面的复杂工程问题，能够借助文献研究，运用专业基本原理，分析多种工程方案的优劣及其影响因素，获得有效结论。通过项目和小组间的学习能够对实验结果进行分析、解释和总结，通过具体的实践过程，检验所学的知识并锻炼协作能力，得到物理性的结论。

以2019 和2020 学年为例，研究人员分析了连续两年的课程项目成绩情况。两年中，课程项目平均得分为86.2 分和86.8 分，图6 给出了具体的分值分布情况。可以看到，大部分学生都能完成课程项目，达到项目的基本要求。这说明，一方面，项目的选题和内容要求是可行的，部分知识需要学生自学，但也在他们能力范围之内。另一方面，项目也具有一定的难度，要达到令人满意的成绩是不容易的。虽然两年的平均分差别不大，但学生的成绩分布却有较大差异。特别是对比80 分以上学生的分布，2020学年有更多的学生成绩在90 分以上。这说明学生在具体的课程项目中对“数字电路”基础理论有较好的掌握，对多种工程方案有分析和选择，对实验结果能进行合理的分析、解释和总结。成绩分布的进一步优化与课程的“考核—反馈—改进”机制密不可分。根据2019 学年的课程班反馈，教师在课程项目发布时除了对每个项目要求简要介绍外，还对项目的重难点进行了提示，帮助学生更好更快地切入项目。同时，课程报告也反映出学生对课程项目的认可。学生普遍认为课程项目具有趣味性和实用性，贴近生活，将理论与实践很好地结合了起来；通过课程项目培养了学生自学能力和知识的获取、吸收和转化能力，既锻炼了思维能力也锻炼了动手能力；同时，团队协作能力也得到了锻炼和提高，能够更好地沟通和交流，互帮互助，各司其职，共同攻克难关。

“数字电路”课程项目的开展推动了教学从理论走向实践，学生的学习积极性得到很大提高，课程项目促使学生将“数字电路”理论知识与工程实际应用结合起来，进一步加深了学生对相关概念的认识和理解，而项目实施过程中出现的各种实际工程问题也推动学生从工程角度进行思考。