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摘 要： 随着电子技术的高速发展，数字系统设计的方法也向着电子设计自动化和FPGA/CPLD发展。重庆邮电大学成立数字系统设计课程群教学团队，构建了系统的课程体系，采取多样化的教学方法，提出“理论体系系统性、学科知识前沿性和工程实践应用性”三个特性，同时将日常教学与科技活动结合起来，增强了课程教学效果。
关键词： 数字系统设计课程群 教学改革 教学成效
现今的时代是信息化的时代，信息化的特征就是对所有信息进行数字化的处理，并由此构成数字系统。所谓数字系统，即对数字信息进行传送、加工、处理的电子设备。一个数字系统既可能是一个小而简单的，又可能是一个庞大而复杂的系统，如：数字钟是一个数字系统，数据采集系统、信息网络系统也是一个数字系统。随着电子技术的高速发展，采用传统设计手段完成复杂数字系统设计越来越力不从心。以FPGA/CPLD为代表的大规模集成可编程逻辑器件（PLD）和电子设计自动化（EDA Electronic Design Automation）设计方法，代表着现代数字系统设计的发展方向。
重庆邮电大学数字系统设计课程群教学团队从培养能在通信与信息领域从事科学研究、工程设计、设备制造等高级工程技术人才的目的出发，经过多年的实践和总结，提出了层次型的数字系统设计课程体系，完善了数字系统系列课程内容，理顺了课程之间的衔接，提出了数字系统设计系列课程的建设要体现三个特性：理论体系的系统性、学科知识的前沿性和工程实践的应用性，并已将课程改革写入专业的培养方案，在2011年9月获得重庆市优秀教学团队的称号。
1.构建系统的课程体系。
教学团队以现代设计手段和方法为主线，重塑了教学课程体系，构建了以经典数字电路课程教学为基础，以现代电子技术应用和设计课程教学为提升的理论和实践教学课程相融合的体系结构，在经典数字电路教学中注重理论体系的逻辑性，在电子技术应用和数字系统设计中强调学科知识的前沿性和工程实践的应用性。具体层次见图1。
图1 数字系统设计课程体系图
1.1注重数字电路基础教学，培养学生专业课程素养。
“数字电路与逻辑设计”是一门重要的专业基础课，是关于数字系统经典电路的分析设计方法的课程，因此，课程的教学以构筑学生的知识结构为主线、训练逻辑思维能力为主体。
针对不同专业培养要求，数电课程在理论和实验教学上采取了不同教学方法和手段，如：通信与信息类专业侧重系统级应用，实验以综合设计为主；计算机类侧重外部逻辑关系和可编程PLD、淡化内部电路原理，实验以应用为主；自动化类侧重控制观念和电气特性，重视A/D、D/A内容，实验以应用控制型为主。
针对我校通信学院和光电学院强化班学生的特点和教学要求，教学团队开展了数电课程的双语教学，旨在让学生提前掌握专业词汇，提高阅读外文文献和自学现代电子技术的能力。自2005年在光电学院强化班进行试点开始，至今已送出6届1000多名学生。
1.2强化现代数字系统设计教学，培养学生工程实践能力。
由“可编程逻辑器件与应用”、“单片机原理与应用”、“电子设计自动化”、“DSP原理与应用”、“嵌入式系统开发与设计”、“电子系统综合设计与仿真”6门课程构成现代设计方法和理论层次。该层次以培养学生的工程实践能力为目标，在课程内容的具体设置中，教学团队提出开放的思路、打破单一课程限制。如：在数字电路实验教学时间内，有步骤地推进FPGA初级应用训练（原理图的设计训练）；在FPGA教学时间内，有目的地联系数字信号处理、通信原理等专业背景课程，强化FPGA在数字系统、通信领域等各方面的应用能力。
其中，“电子系统综合设计与仿真”为重点建设课程，课程涵盖知识面广泛，强调系统综合性设计。特别根据电子竞赛相关内容模块，添加了电源设计、信号源设计等内容，培养学生综合运用所学知识进行实用数字系统设计的能力。
2.采取多样化的教学方法和手段，增强教学效果。
2.1形象、生动的理论教学方法。
通过长期的教学研讨，团队形成了案例教学法、比喻教学法、启发教学法、思维训练法等多种方法综合使用的教学方法，极大地调动了学生的积极性和兴趣。以“数字电路与逻辑设计”课程为例，谈谈各种教学方法。
2.1.1案例教学法。如数字电路课程教学中，学完组合逻辑与触发器后，以三人抢答器为例，先从组合逻辑电路的设计入手，分析其功能，找出其缺陷，再添加触发器，改进其功能，增强学生的学习兴趣，引发学生设计电路和改进电路的意识和愿望；在讲了组合逻辑电路的竞争冒险之后，以MULTISM为仿真软件，演示组合逻辑电路竞争冒险的险象及消除方法，要求学生课后查找资料，提交仿真作业；在讲完计数器后，以电子钟设计为例，串讲前面所讲的译码器、计数器、数码管，极大地调动了学生的兴趣。
2.1.2比喻教學法。在讲卡诺图化简时以“擒贼先擒王”来说明圈圈得越大越好；“不打落水狗”来说明保证每个圈中至少有一个小方格不被重复圈过。
2.1.3启发教学法。触发器的讲解过程中，从RS触发器入手，讲其特点、优点，引导学生发现其电路的缺点，从而提出改进电路钟控RS触发器，再进一步分析其电路优点和缺点，进一步启发学生提出改进电路，引出钟控JK触发器、钟控D触发器，进一步引出主从触发器。随着电路一步一步地改进，又会带来新的问题，引发学生思考，提高学生的学习兴趣。此时，再以人生哲理为例，引发学生从电子技术的改进过程中思考人生。
2.1.4思维训练法。在讲中规模计数器设计任意模值的计数器过程中，以画状态转移图为工具，引导学生从复位法、置位法及进位输出置最小数、级联等多种方法设计电路，实现学生设计电路的思维训练，从而完成数字电路时序逻辑电路设计教学任务——任意模制的计数器均可实现。
2.2以自学为主的实验教学方法。
为了加强学生系统设计能力以及工程实践能力，团队经过多年的摸索，对数字系统设计系列课程实验教学进行了大力度的改革。 2.2.1加大实验课时，调整理论、实验课时所占比例。如数字电路与逻辑设计（56学时理论 24学时实验）、可编程逻辑器件与应用（16学时理论 16学时实验）、嵌入式系统（16学时理论 16学时实验）、DSP原理与应用（20学时理论 20学时实验）、电子系统综合设计与仿真（30学时理论 26学时实验）。
2.2.2从2006年开始我们通过中央与地方共建资金、学校拨款、企业捐助的方式，建立了基础教学平台和开放实验教学基地两级实验教学平台。实验教学上采取传统实验与开放实验相结合的形式。教师讲授基础入门知识，除必须完成的实验项目外，学生可以根据自身学习情况自行安排实验时间、实验内容。
以“可编程逻辑器件与应用”课程为例，必做实验包括：QUARTUSⅡ简介与应用、带使能端的计数器的设计、数控分频器的设计等，采用传统实验方式，由教师讲授基本原理和设计思路，学生按部就班完成。该部分实验要求学生主动性较少，主要目的在于设计流程、软件开发、硬件平台的掌握。选作实验包括：基于LPM-ROM的四位乘法器设计、序列检测器的设计、数码管扫描显示电路、硬件电子琴设计、数字频率计的设计等。学生还可以自行拟定题目，与教师商量后进行。该部分实验采用开放实验教学，以学生自主学习为主，强调学生的实践精神和动手设计能力。
3.日常教学与科技活动有机融合
教学团队把相关课程与各类课外创新活动结合起来，多渠道促进学生创新能力的培养。
首先，我们从课程学习中选择优秀的学生进行进一步的培训。建立系统化的现代数字系统设计课程教学体系和开放实验教学，能够提升多数学生创新能力和一定的电子设计和应用能力，具有参加各类科技活动最基本的素质。在此基础上，选拔条件更加出众的学生进行后续的集中培训。
其次，根据各届竞赛的题目和要求修改课程教学内容。例如：在“EDA”、“可编程逻辑器件与应用”等课程会根据的新技术的发展增加相应的技术讲座。“电子系统综合设计与仿真”为新开设课程，重点在于系统性应用综合知识，在基本模块讲完后，进行综合性实际项目的设计，其中就包括精心选择的各类电子竞赛试题。各类科技活动对推动课程教学的各项改革起到了促进作用。
最后，我们与中国电子协会合作，进行全国电子设计工程师认证培训。多渠道提升学习动力，营造科技氛围。
4.建设高水平师资队伍
我校通过引进、国内外进修培训，以及采用“以科研促教学”、“以科技竞赛促师资队伍”、“理论实践教学双肩挑”的模式，加快教师队伍的成长，形成了一支以中青年为主，职称、学历和知识结构合理的教师队伍。教学团队在特色专业建设，教学方法与手段改革，精品课程建设，教材建设（自编教材12本），自制实验设备（自行研发设备6项），尤其是指导学生课外科技活动、组织和参加各种科技竞赛等方面取得了很大的成绩，具有较强的示范作用。
5.结语
数字系统设计系列课程的教学改革获得了较大的成功，课堂教学成效得到了显著的提升，尤其在课外科技竞赛方面取得了丰硕的成果。2005年以来，教学团队教师指导参加全国大学生电子设计竞赛，获得全国一等奖2项、二等奖2项，重庆市一等奖6项、二等奖5项。2008年以来，参加重庆市盛群单片机电子设计大赛，获得创意奖1项、一等奖3项、二等奖7项、三等奖5项。2010年，参加“高教社
关键词： 数字系统设计课程群 教学改革 教学成效
现今的时代是信息化的时代，信息化的特征就是对所有信息进行数字化的处理，并由此构成数字系统。所谓数字系统，即对数字信息进行传送、加工、处理的电子设备。一个数字系统既可能是一个小而简单的，又可能是一个庞大而复杂的系统，如：数字钟是一个数字系统，数据采集系统、信息网络系统也是一个数字系统。随着电子技术的高速发展，采用传统设计手段完成复杂数字系统设计越来越力不从心。以FPGA/CPLD为代表的大规模集成可编程逻辑器件（PLD）和电子设计自动化（EDA Electronic Design Automation）设计方法，代表着现代数字系统设计的发展方向。
重庆邮电大学数字系统设计课程群教学团队从培养能在通信与信息领域从事科学研究、工程设计、设备制造等高级工程技术人才的目的出发，经过多年的实践和总结，提出了层次型的数字系统设计课程体系，完善了数字系统系列课程内容，理顺了课程之间的衔接，提出了数字系统设计系列课程的建设要体现三个特性：理论体系的系统性、学科知识的前沿性和工程实践的应用性，并已将课程改革写入专业的培养方案，在2011年9月获得重庆市优秀教学团队的称号。
1.构建系统的课程体系。
教学团队以现代设计手段和方法为主线，重塑了教学课程体系，构建了以经典数字电路课程教学为基础，以现代电子技术应用和设计课程教学为提升的理论和实践教学课程相融合的体系结构，在经典数字电路教学中注重理论体系的逻辑性，在电子技术应用和数字系统设计中强调学科知识的前沿性和工程实践的应用性。具体层次见图1。
图1 数字系统设计课程体系图
1.1注重数字电路基础教学，培养学生专业课程素养。
“数字电路与逻辑设计”是一门重要的专业基础课，是关于数字系统经典电路的分析设计方法的课程，因此，课程的教学以构筑学生的知识结构为主线、训练逻辑思维能力为主体。
针对不同专业培养要求，数电课程在理论和实验教学上采取了不同教学方法和手段，如：通信与信息类专业侧重系统级应用，实验以综合设计为主；计算机类侧重外部逻辑关系和可编程PLD、淡化内部电路原理，实验以应用为主；自动化类侧重控制观念和电气特性，重视A/D、D/A内容，实验以应用控制型为主。
针对我校通信学院和光电学院强化班学生的特点和教学要求，教学团队开展了数电课程的双语教学，旨在让学生提前掌握专业词汇，提高阅读外文文献和自学现代电子技术的能力。自2005年在光电学院强化班进行试点开始，至今已送出6届1000多名学生。
1.2强化现代数字系统设计教学，培养学生工程实践能力。
由“可编程逻辑器件与应用”、“单片机原理与应用”、“电子设计自动化”、“DSP原理与应用”、“嵌入式系统开发与设计”、“电子系统综合设计与仿真”6门课程构成现代设计方法和理论层次。该层次以培养学生的工程实践能力为目标，在课程内容的具体设置中，教学团队提出开放的思路、打破单一课程限制。如：在数字电路实验教学时间内，有步骤地推进FPGA初级应用训练（原理图的设计训练）；在FPGA教学时间内，有目的地联系数字信号处理、通信原理等专业背景课程，强化FPGA在数字系统、通信领域等各方面的应用能力。
其中，“电子系统综合设计与仿真”为重点建设课程，课程涵盖知识面广泛，强调系统综合性设计。特别根据电子竞赛相关内容模块，添加了电源设计、信号源设计等内容，培养学生综合运用所学知识进行实用数字系统设计的能力。
2.采取多样化的教学方法和手段，增强教学效果。
2.1形象、生动的理论教学方法。
通过长期的教学研讨，团队形成了案例教学法、比喻教学法、启发教学法、思维训练法等多种方法综合使用的教学方法，极大地调动了学生的积极性和兴趣。以“数字电路与逻辑设计”课程为例，谈谈各种教学方法。
2.1.1案例教学法。如数字电路课程教学中，学完组合逻辑与触发器后，以三人抢答器为例，先从组合逻辑电路的设计入手，分析其功能，找出其缺陷，再添加触发器，改进其功能，增强学生的学习兴趣，引发学生设计电路和改进电路的意识和愿望；在讲了组合逻辑电路的竞争冒险之后，以MULTISM为仿真软件，演示组合逻辑电路竞争冒险的险象及消除方法，要求学生课后查找资料，提交仿真作业；在讲完计数器后，以电子钟设计为例，串讲前面所讲的译码器、计数器、数码管，极大地调动了学生的兴趣。
2.1.2比喻教學法。在讲卡诺图化简时以“擒贼先擒王”来说明圈圈得越大越好；“不打落水狗”来说明保证每个圈中至少有一个小方格不被重复圈过。
2.1.3启发教学法。触发器的讲解过程中，从RS触发器入手，讲其特点、优点，引导学生发现其电路的缺点，从而提出改进电路钟控RS触发器，再进一步分析其电路优点和缺点，进一步启发学生提出改进电路，引出钟控JK触发器、钟控D触发器，进一步引出主从触发器。随着电路一步一步地改进，又会带来新的问题，引发学生思考，提高学生的学习兴趣。此时，再以人生哲理为例，引发学生从电子技术的改进过程中思考人生。
2.1.4思维训练法。在讲中规模计数器设计任意模值的计数器过程中，以画状态转移图为工具，引导学生从复位法、置位法及进位输出置最小数、级联等多种方法设计电路，实现学生设计电路的思维训练，从而完成数字电路时序逻辑电路设计教学任务——任意模制的计数器均可实现。
2.2以自学为主的实验教学方法。
为了加强学生系统设计能力以及工程实践能力，团队经过多年的摸索，对数字系统设计系列课程实验教学进行了大力度的改革。 2.2.1加大实验课时，调整理论、实验课时所占比例。如数字电路与逻辑设计（56学时理论 24学时实验）、可编程逻辑器件与应用（16学时理论 16学时实验）、嵌入式系统（16学时理论 16学时实验）、DSP原理与应用（20学时理论 20学时实验）、电子系统综合设计与仿真（30学时理论 26学时实验）。
2.2.2从2006年开始我们通过中央与地方共建资金、学校拨款、企业捐助的方式，建立了基础教学平台和开放实验教学基地两级实验教学平台。实验教学上采取传统实验与开放实验相结合的形式。教师讲授基础入门知识，除必须完成的实验项目外，学生可以根据自身学习情况自行安排实验时间、实验内容。
以“可编程逻辑器件与应用”课程为例，必做实验包括：QUARTUSⅡ简介与应用、带使能端的计数器的设计、数控分频器的设计等，采用传统实验方式，由教师讲授基本原理和设计思路，学生按部就班完成。该部分实验要求学生主动性较少，主要目的在于设计流程、软件开发、硬件平台的掌握。选作实验包括：基于LPM-ROM的四位乘法器设计、序列检测器的设计、数码管扫描显示电路、硬件电子琴设计、数字频率计的设计等。学生还可以自行拟定题目，与教师商量后进行。该部分实验采用开放实验教学，以学生自主学习为主，强调学生的实践精神和动手设计能力。
3.日常教学与科技活动有机融合
教学团队把相关课程与各类课外创新活动结合起来，多渠道促进学生创新能力的培养。
首先，我们从课程学习中选择优秀的学生进行进一步的培训。建立系统化的现代数字系统设计课程教学体系和开放实验教学，能够提升多数学生创新能力和一定的电子设计和应用能力，具有参加各类科技活动最基本的素质。在此基础上，选拔条件更加出众的学生进行后续的集中培训。
其次，根据各届竞赛的题目和要求修改课程教学内容。例如：在“EDA”、“可编程逻辑器件与应用”等课程会根据的新技术的发展增加相应的技术讲座。“电子系统综合设计与仿真”为新开设课程，重点在于系统性应用综合知识，在基本模块讲完后，进行综合性实际项目的设计，其中就包括精心选择的各类电子竞赛试题。各类科技活动对推动课程教学的各项改革起到了促进作用。
最后，我们与中国电子协会合作，进行全国电子设计工程师认证培训。多渠道提升学习动力，营造科技氛围。
4.建设高水平师资队伍
我校通过引进、国内外进修培训，以及采用“以科研促教学”、“以科技竞赛促师资队伍”、“理论实践教学双肩挑”的模式，加快教师队伍的成长，形成了一支以中青年为主，职称、学历和知识结构合理的教师队伍。教学团队在特色专业建设，教学方法与手段改革，精品课程建设，教材建设（自编教材12本），自制实验设备（自行研发设备6项），尤其是指导学生课外科技活动、组织和参加各种科技竞赛等方面取得了很大的成绩，具有较强的示范作用。
5.结语
数字系统设计系列课程的教学改革获得了较大的成功，课堂教学成效得到了显著的提升，尤其在课外科技竞赛方面取得了丰硕的成果。2005年以来，教学团队教师指导参加全国大学生电子设计竞赛，获得全国一等奖2项、二等奖2项，重庆市一等奖6项、二等奖5项。2008年以来，参加重庆市盛群单片机电子设计大赛，获得创意奖1项、一等奖3项、二等奖7项、三等奖5项。2010年，参加“高教社