中美英高校數字電子技術類課程教學的比較

江 捷

(北京工業大學 電子信息與控制工程學院，北京100124)

0 引言

數字電子技術是我國高校電子信息類、電氣信息類專業的重要技術基礎課，對相關專業的人才培養質量起到重要作用。隨著電子技術的發展和高校人才培養目標的調整，“數字電子技術”課程的教學體系和教學內容需要不斷優化。

筆者在美國密歇根州立大學和英國伯明翰大學訪問期間，對美、英高校數字電子技術類課程的教學體系、教學模式、教學內容等進行了調研，與相關教授進行了深入探討。本文以美國密歇根州立大學、美國明尼蘇達大學、英國伯明翰大學和北京工業大學為例，對比分析美、英、中三國同類大學數字電子技術類課程的教學體系，希望借此對我國高校數字電子技術及相關課程的教學體系優化和教學改革，提供參考和借鑒。

1 美國大學數字電子技術課程體系

1.1 美國密歇根州立大學

美國密歇根州立大學MSU(Michigan State University)電氣與計算機工程系ECE(Electrical and Computer Engineering)開設的數字電子技術類課程面向ECE 系和計算機科學與工程系CSE(Computer Science and Engineering)的各專業本科生。主要包括3 門課程:ECE 230“Digital Logic Fundamentals”(數字邏輯基礎)、ECE 331 “Microprocessors and Digital Systems”(微處理器與數字系統)和ECE 411“Electronic Design Automation”(集成電路設計自動化)，是為大學1 ～3年級學生(包括研究生)開設的專業選修課。各課程均為每周2 講，每講50 分鐘，其主要內容及學時分配如表1所示［1-3］。

表1 MSU 數字電子技術類課程的主要內容

1.2 美國明尼蘇達大學

美國明尼蘇達大學UM(University of Minnesota)電氣與計算機工程系ECE(Electrical and Computer Engineering)開設的數字電子技術類課程包括3 門課程，即:EE 2301“Introduction to Digital System Design”(數字系統設計基礎)、EE 2361“Introduction to Microcontrollers”(微控制器基礎)、EE 4301“Digital Design With Programmable Logic”(基于可編程邏輯器件的數字設計)，是分別為大一、大二和大三年級學生開設的專業選修課，均為4 學分，其主要內容如表2所示［4］。

表2 UM 數字電子技術類課程的主要內容

2 英國大學數字電子技術課程體系

英國伯明翰大學UB(University of Birmingham)電子電氣與計算機工程系EECE(Electronic，Electrical and Computer Engineering)開設的數字電子技術類課程面向該系的5 個專業的本科生，即:電子與電氣工程EEE(Electronic and Electrical Engineering)、計算機與通信系統工程CCSE(Computer and Communications Systems Engineering)、多媒體與交互式計算機系統MICS(Multimedia and Interactive Computer Systems)、電子與計算機工程ECE(Electronic and Computer Engineering)、電子工程與企業管理EEBM(Electronic Engineering with Business Management)［5］。由5 門課程模塊組成，即:EE1A1“Introduction to Digital Logic”(數字邏輯基礎)，EE1A2“Digital Logic and Microprocessor Systems”(數字邏輯與微處理器系統)，EE2A1“Digital Systems and Embedded Computing”(數字系統與嵌入式設計)，EE2A2“Digital Systems and Computer Communications”(數字系統與計算機通信)和EE3A“Computer Hardware and Digital Design”(計算機硬件與數字設計)，分別在第1 ～5 學期開設，均為專業必修課。各課程模塊每周2 ～3 講，每講90 分鐘。該校數字電子技術類課程的主要內容及學時分別如表3和表4所示［6］。

表3 UB 數字電子技術類課程的主要內容

表4 UB 數字電子技術類課程的學時分配

3 我國大學數字電子技術課程體系

我國高校一般都將數字電子技術設置為電子信息類、電氣信息類專業必修的專業(技術)基礎課。課程教學內容也大體相同，主要包括:邏輯代數基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路大規模數字集成電路、數—模與?！獢缔D換等。我校數字電子技術課程面向電子信息工程、通信工程、自動化、電子科學與技術、生物工程等專業，其主要內容及學時分配如表5所示。其中，理論課64 學時，安排在第3 學期講授。實驗單獨設課，共22 學時，分別在第3、4 兩個學期進行。

表5 我校數字電子技術主要內容及學時分配

4 課程體系對比分析

4.1 課程基本信息

(1)課程性質

英國伯明翰大學和我校(北京工業大學，BJUT)都將數字電子技術類課程設置為專業必修課，而美國密歇根州立大學和美國明尼蘇達大學則均設置為專業選修課。

(2)學時安排

美國密歇根州立大學相關課程總學時為190。其中，理論教學學時105，實驗學時85，實驗學時占總學時的44.7%。美國伯明翰大學相關課程總學時為152，其中，實驗學時50，占總學時的32.9%［5］。我?！皵底蛛娮蛹夹g”課程理論教學學時64，實驗單獨設課學時22，占總學時的25.6%。

4.2 課程體系特點

(1)美國密歇根州立大學(MSU)

美國MSU 課程體系具有以下兩個特點:①做中學。在上述三所高校中，MSU 實驗學時占總學時的比例最高(高達44.7%)，即除去期中、期末考試和單元測驗，其課堂講授與實驗操作學時之比接近1:1。而且，實踐類課程在課程體系中的比重不斷加大，內容逐年更新［7］。②彈性化。半數以上課程都安排在兩個學期重復講授，因此，學生可根據學校制定的課程基本框架和要求，在選課系統上自行選修，進行彈性化學習，學生學習高度自制。

(2)英國伯明翰大學(UB)

縱觀英國UB 的課程體系，主要具有兩個特點:①螺旋上升結構。EE1A1(數字邏輯基礎)、EE2A1(數字系統與嵌入式設計)和EE3A1(計算機硬件與數字設計)三門課程分別在第1、3、5 學期開設，側重數字電路的基本理論和設計方法的講授，課程間深度遞增。EE1A2(數字邏輯與微處理器系統)、EE2A2(數字系統與計算機通信)則分別與EE1A1、EE2A1 構成課程組，在第2、4 學期開設，是EE1A1、EE2A1 中相關理論和設計方法的“”應用篇“”，并配以大量實驗。②內容經典凝煉。從課程教學大綱來看，其教學內容高度經典、精煉。而且，在課堂上教師會從多層面、多視角采用多種方法講深、講透課程最核心、最基本的概念和方法，其它內容則引導學生課后自學［5］。

(3)北京工業大學(BJUT)

與國內高校同類課程設置類似，BJUT 課程體系的特點是:①系統性強。強調理論的完整性、內容的系統性、分析的縝密性。②重視基礎。對數字電路的基本概念、基本理論和基本方法等都有較詳盡的講授，課堂教學比重是三所對比大學中最高的(高達74.4%)，教學模式仍以教師講授為主，具有濃郁的知識灌輸傾向。此外，在教學內容的寬泛性和應用性等方面，與MSU 和UB 相比，則感略遜一籌。

5 結語

對美、英、中三國高校數字電子技術類課程體系的對比分析，引發我們對由表象差異折射出的教育理念和人才培養觀的差別的反思［8］。美國大學的強化實踐，引導“做中學”以及彈性化、人性化的教學管理。英國大學的重基礎、多層面、多視角和多領域等成功經驗。他們的這些做法對我國高校課程體系改革、教學內容優化具有重要借鑒意義。

［1］ http://www. reg. msu. edu/Courses/Request. aspx?Term =1134＆SubjectCode=ECE

［2］ http://www.egr.msu.edu/ ～mason/teaching.htm

［3］ http://www. egr. msu. edu/classes/ece331/mason/web_files/ECE331 －S13_syllabus.pdf

［4］ http://onestop2. umn. edu/courses/courses. jsp?designator =EE＆submit=Show+the+courses＆campus=UMNTC

［5］ 江捷. 淺析英國伯明翰大學EECE 系的本科生課程設置［J］.北京:實驗技術與管理，2008(6):133 －136.

［6］ http://www. birmingham. ac. uk/Documents/college－eps/eece/modules/electronic－electrical.pdf

［7］ 江捷. 淺析美國密歇根州立大學ECE 系本科課程設置［J］.北京:實驗技術與管理，2012(2):173 －176.

［8］ 江捷. 從數字電子技術課程的比較看中英本科教學的差異［J］. 南京:電氣電子教學學報，2007(6):85 －89.