前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的论能力培养的数字电路和系统课程设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
本文主要分析数字电路与系统课程设计教学中存在的问题，从课设内容、课设项目设计的方法、强化实践技能等方面改进数电课设的教学，强化过程考核。培养学生理论联系实践的能力，强化数字系统的设计与分析，提高学生编程和自主解决问题的能力。数字电路与系统课程设计是电子信息、通信工程等专业在学习了数字电路与系统课程后所进行的综合应用课程实习，是电子、自动化专业重要的实践教学环节，数电课设在培养学生实践能力方面具有极其重要的意义。通过改进课程的教学与过程考核，培养学生理论与实践相结合，强化数字电路的设计与分析能力，提高实践能力。
1数电课设教学的意义及现状分析
数电课设的教学中，共12学时，0.5学分，共6次课。很多学生重视理论的学习，而忽视实验的重要性。数电课设是一门理论与实践相结合的综合应用课程，通过不同的实验才能深入理解数字逻辑电路的设计与分析和VHDL语言程序控制流程。数电课设可以提高学生解决问题的能力，增加学生的就业机会。但是在数电课设的教学过程中，存在一些问题需要改进。
1.1编程和调试能力需提高
数电课设使用quartusII集成开发环境进行VHDL语言编程，教学过程中发现学生对VHDL语言的语法掌握不牢，程序流程图设计有待提高，独立编写代码比较困难。对quartusII软件的使用不熟练，如创建元器件符号、绘制原理图、功能仿真等。学生遇到问题，首先想到的是找老师解决，而不是独立思考寻找解决办法。
1.2自主设计和创新能力欠缺
对于数电课设的实验内容，按照实验指导书进行验证，不需要从头到尾独立思考设计软硬件。尤其是当学生面对大四相关的毕业设计课题时，往往不知道如何设计系统和搭建硬件电路等。实验过程中有很多地方可以优化创新，学生完成基本教学任务而缺乏主动寻找创新点，优化系统设计，提高测量精度等。
1.3重视结果忽略过程
在实验课上，教师按照实验指导书和教学大纲的内容进行授课。首先，对于数电课设相关的硬件做介绍。然后，分析实验程序代码，讲解语句的含义，引导学生逐步完成数电课设的设计。学生更多是记住老师的操作过程并且复现出来，而忽略对相关理论知识的复习和理解，知识的连贯性欠缺。学生关注实验结果是否能够做出来，是否满足课设考核，忽略对硬件电路原理和程序流程的理解，很难做到理论与实践相结合，达不到实验教学的目的。
2数电课设的教学改进
2.1重视能力的培养
数电课设作为一门综合的应用设计，为学生学习后续课程和就基于能力培养的数字电路与系统课程设计教学改进大连理工大学城市学院电子与自动化分院李林业打下基础。通过数电课设，培养学生的分析解决问题的能力、实践能力和创新能力等。
2.1.1线下为主线上为辅的混合式教学
利用超星网络平台，数电课设以线下教学为主，线上为辅的方式进行线上线下混合式教学。通过构建超星学习通的教学资源，引导学生课前预习，课上答疑和实际操作，充分利用课堂时间，提高效率。根据学生对教学内容理解有困难的地方，如VHDL语言的编程等，在超星学习通发布相关知识的测验、讨论和录制教学视频等，强化练习，克服难点。结合当前的社会发展和需求，平台会定期更新一些数字电路设计的典型案例和相关的高新技术，了解数字电路的应用，扩展学生的学习范围，开阔思路，加深对数字电路的理解。学生知识得到了提高，同时也激发学生为社会服务和创造社会价值的热情。线上教学不仅有助于提高学生学习效果，还有助于提高课程的过程考核。学生学习数电相关知识不局限于课堂，结合学习通充分利用课后时间进行学习拓展，使学生的手机和电脑成为重要的学习工具。
2.1.2理论与实践相结合
分组选择课设题目，带领同学复习数电知识，学习VHDL语言语法和quartusII软件的使用。通过与C语言语法相类比，分析两种语言的异同处，来学习VHDL语言，加快VHDL编程入门。不同课设题目都有公用的模块，如分频器、消抖电路、LED显示等，利用这些公用模块，通过编写一个简单的计数器程序，来学习quartusII软件的使用，如创建工程、创建元器件符号、绘制原理图、编译下载、功能仿真等。
2.1.3由最小系统拓展出复杂系统设计
在计数器程序基础上，增加相应的功能模块，拓展出各组的系统设计。引导同学绘制软件流程图，让组内同学讨论分工完成各个模块的程序设计，提高学生团队协作能力。由基础模块设计到顶层原理图设计，重视基础，循序渐进，使学生能够真正参与并了解数字电路设计与分析的流程。指导同学由计数器扩展出自动售货机控制电路、8位串行数字锁电路、汽车尾灯控制电路、数字频率计；由计数器程序扩展出定时器程序；由定时器程序扩展出数字秒表、数字钟电路、数字显示电路、出租车计费器、智力竞赛抢答计时器，如图1所示。
2.1.4充分利用QuartusII软件的功能仿真
QuartusII软件是Altera公司提供的FPGA/CPLD(现场可编程门阵列/复杂可编程逻辑器件)综合开发工具，其界面友好，使用便捷。QuartusII软件的功能仿真是在综合之后、布局布线之前进行的仿真，主要用来验证VHDL代码经过综合变成具体器件后是否能实现预期的功能。可以理解为，主要是检查所编写的程序虽然语法上没有错误，但从逻辑功能上是否与预想设计器件的逻辑功能一致。在输入端加入各种可能的激励源，观察输出端的响应是否满足设计要求，考察电路逻辑功能和设计的正确性。功能仿真的设置比较简单，易于掌握，有效提高实验教学。强大的电路功能仿真可进行在线动态调试，简化电路分析，是调试和验证数字电路的有效工具。通过仿真功能，还可以有效学习芯片的逻辑功能，为数字电路设计打下基础。数电课设需要用到很多集成芯片，需要给同学介绍芯片的引脚功能、真值表和工作时序。教学过程中发现学生对学过的芯片功能没有完全理解，电路设计需要芯片选型，同学们觉得比较困难，不能灵活应用。通过功能仿真输出仿真波形，分析仿真波形的时序，与真值表对比，将抽象的真值表转化成具体的仿真波形，使学生能够真正了解芯片的逻辑功能。以4位二进制同步加法计数器74LS163为例，利用74LS163的置数功能，设计10进制加法计数器，通过仿真波形，验证电路能够实现预期逻辑功能，仿真波形图如图2所示。
2.1.5培养实践技能和创新能力
课堂上重视实践技能的培养，为学生以后工作做好铺垫：强化工程管理的方式新建管理工程，便于程序移植；规范VHDL语言代码书写规范和程序框架，强调注释的重要性；引导学生根据设计需要选择合适芯片，查阅芯片资料，提高学生搜集资料的能力；指导学生根据硬件电路连接进行引脚锁定，编译和下载程序；提高学生调试程序的能力，快速查找错误，如通过设置测试点来监测程序的执行，便于分析；强化功能仿真的使用，加深学生对时序电路的理解和分析。对于学生的进步和成果给予表扬和鼓励，增加学生的学习兴趣和信心。指导同学修改代码，实现更丰富的功能扩展，鼓励学生创新，激发学生的创新能力。让学生的思维得到了扩展和锻炼，提高了学生的编程能力，强化了数字电路的应用。
2.2强化过程考核
过程考核对学生的学习进步具有反馈和激励作用，同时它也是教师课程考核的主要依据，因此，过程考核是教学的重要环节。此外，通过过程考核的反馈信息，可以看出哪些教学内容没有完全被学生理解，这有助于教师有效的调整、改进教学内容和方法，提高教学质量。过程考核主要包括平时考核和期末考核。强化平时考核，提高平时考核占比为50%。过程考核全面整体反映学生在学习知识和技能、过程与方法以及情感态度等方面的表现。
2.2.1平时考核
平时考核主要由预答辩、学图2利用74LS163的置数功能设计10进制加法计数器的仿真波形图习通平台线上考核和课堂表现。预答辩主要考核学生设计的总体框图、软件流程图和芯片选型，解答同学的疑问并给予一定的合理建议。线上考核通过平台大数据采集分析和处理，综合线上各阶段的学习给出综合评价。课堂表现主要考核学生的实践状况、积极性和创新性。了解学生的课设情况，及时调整教学内容和方法，认真分析和总结学生在学习过程中存在的问题，记录学生的平时表现。
2.2.2期末考核
期末考核主要由总结报告和答辩。总结报告主要针对本次课设内容进行数据分析和处理，总结数字电路设计的方法，积累实践经验，并形成书面总结报告。正文包括设计方案选择（设计思路、设计原理、实现功能等）、程序清单（程序注释）、调试过程（调试现象分析）、调试结果（最终实现哪些功能、未实现功能）和心得体会。答辩以小组为单位，主要考核quartus软件的使用和实际所完成的硬件调试功能，检查设计过程。首先学生自述总结数电课设，其次是问答环节，最后是组内互评打分。最后一次课的后45分钟，进行课设答辩，检查课设成果和报告。根据学生的项目设计与实践状况、答辩情况评定成绩。总成绩100分由预答辩（10分）、实际操作（30分）、创新（10分）、总结报告（15分）和答辩（35分）组成。服务进行过滤，将网络安全风险降到最低，针对经常出现的安全问题设计安全方案，将安全软件的配置建立在防火墙的周围。对网络访问情况进行实时监控，将经过防火墙的访问都自动记录下来，以日志的形式保存，以供用户进行调取和查看，对网络的使用情况进行统计，自动记录相关数据。防火墙技术可以在发现可疑操作和特殊访问时进行及时警报，为用户提供计算机网络受到攻击的信息列表，让用户可以及时进行计算机网络安全保护措施，防止计算机的内部信息被泄露。对于内部网络，防火墙技术可以用于重点网段的监控和隔离，降低防火墙高度敏感对整体内部网络的影响。
2.3漏洞检测技术
静态分析主要指的就是计算机初始化阶段对安全漏洞进行静态检查的技术，这项技术主要应用于对计算机表面状态进行检测，通过积累经验，在技术上取得了进步，开始向静态分析和程序检验方面发展。静态分析主要是通过扫描计算机系统源代码的方式进行漏洞检测，对源代码的语法和语义进行分析，根据系统的程序特征寻找系统当中可能存在的漏洞。程序检验的主要对象是源代码，这种方式主要对计算机系统的运行状态进行检测，主要目的是查看计算机是否处于安全运行状态，在发现异常之后可以判断是否是安全漏洞。静态检验技术更善于对计算机的内部系统运行情况进行检查，比较容易发现系统和漏洞之间的关键联系。计算机网络安全漏洞的种类是非常多的，计算机的各个方面都可能存在安全漏洞，但不同漏洞之间的共性是比较少的。因此，我们可以将计算机的漏洞分为两种，一种是安全性漏洞，另一种则是内存性漏洞，安全性漏洞判断的依据在于计算机是否存在数据上的错误，这种错误一般都是由内存引发的，内存性漏洞判断的依据在于对数据错误进行鉴别。因此，我们可以使用静态检验技术对计算机可能存在的安全漏洞进行扫描，但这项技术还存在着一些需要解决的问题，只能对一部分特定的漏洞进行检测，这种情况就导致这项技术在运用方面受到了限制。
2.4入侵检测技术
计算机在进行信息交流的时候需要对信息进行检测，让不良信息无法进入计算机，保障计算机安全，这项技术就是入侵检测技术。这项技术主要以两种模式存在，一种是异常检测模式，另一种则是误用检测模式。异常检测模式指的就是可以针对计算机内部产生的行为进行检测，对产生的良好数据设定为可接受数据，对于进入计算机的数据进行检测，对不可接受的数据进行分析和清理，进而保障计算机的数据是安全的。但这种检测模式会存在较为严重的误差情况，因此，这种检测模式已经不再适合现代的计算机网络安全防护系统的建立。误用检测模式在原理上与异常检测模式大体相同，这种模式在异常检测模式的基础上建立，主要针对数据的匹配程度进行检测工作，当计算机的数据和设置的不可接受行为匹配时，安全系统就会将数据拦截并分析，系统自动将这些数据进行整理和记忆，当发现与其类似的数据再次进入计算机时，就会对数据进行及时拦截，提升计算机网络的安全性。这种模式在实际使用的过程中存在较小的误差，且暴露率较低，非常适合计算机网络安全系统的构建，因此，这项技术是现阶段主要使用的入侵检测技术（如图1）。网络安全问题的出现不仅阻碍网络发展，还会导致群众财产和国家资源的流失。因此，我们一定要做好计算机网络安全防护系统的设计和研究工作，提升网络的安全性，针对网络安全问题设计解决方案，做好网络安全的监管工作，建立相关的法律法规改善网络环境，从根本上保障网络安全，为我国的发展提供重要助力。
作者：李林 单位：大连理工大学城市学院电子与自动化分院