數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

(吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院，吉林吉林132022)

吉林化工學(xué)院“數(shù)字電子技術(shù)”課程與省級(jí)精品課“電路理論”和省級(jí)優(yōu)秀課“電子實(shí)踐系列課”、“模擬電子技術(shù)”等優(yōu)質(zhì)課程資源共同構(gòu)成了電工電子課程群，是“電氣信息類專業(yè)‘三三式’現(xiàn)代工程師省級(jí)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重要課程支點(diǎn)。作為工科儀器類、電氣類、電子信息類和自動(dòng)化類等本科專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程和核心課程，“數(shù)字電子技術(shù)”課程的主要任務(wù)是使學(xué)生了解數(shù)字電子技術(shù)的基本概念和基本理論，掌握數(shù)字電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法，是后續(xù)專業(yè)課的主要先導(dǎo)課程之一［1-2］。

近年來，隨著學(xué)校不斷深入開展工程素質(zhì)教育，“數(shù)字電子技術(shù)”的課程目標(biāo)也從“知識(shí)流”回歸“技術(shù)流”［3］，變“理論知識(shí)導(dǎo)向”為“應(yīng)用能力導(dǎo)向”［4］，緊緊圍繞培養(yǎng)“卓越工程技術(shù)人才和高級(jí)應(yīng)用型專門人才”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，積極開展教學(xué)改革的研究與實(shí)踐工作，以傳承創(chuàng)新為引領(lǐng)，以社會(huì)服務(wù)為導(dǎo)向，以工程實(shí)際為背景，以工程技術(shù)為主線，以質(zhì)量提升為核心［5-7］，通過更新教學(xué)目標(biāo)、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法等手段，達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果，提升“數(shù)字電子技術(shù)”課程建設(shè)水平的目的，并且為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)［8］。

一、整體規(guī)劃找準(zhǔn)課程定位

本著注重培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)、注重知識(shí)的實(shí)用性和先進(jìn)性的原則，在此次教學(xué)改革實(shí)踐中，根據(jù)各專業(yè)的不同要求，調(diào)整和修訂了教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃，更新了課程教學(xué)目標(biāo)，完善了教學(xué)基本要求。

(一)更新課程教學(xué)目標(biāo)，完善教學(xué)基本要求。在教學(xué)目標(biāo)中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力的要求，并在教學(xué)基本要求中體現(xiàn)具體實(shí)踐操作能力所對(duì)應(yīng)的工程實(shí)際問題;

(二)精選教學(xué)內(nèi)容，保證基礎(chǔ)，面向更新?；A(chǔ)理論知識(shí)的講授以工程實(shí)際應(yīng)用為目的，以“必需、夠用”為度，深入淺出，講清原理，突出基本概念。除基礎(chǔ)知識(shí)以外，增加“提高”和“引申”內(nèi)容。電子技術(shù)的核心是器件，電子技術(shù)是隨著器件的發(fā)展而發(fā)展的。注意介紹新型、高性能的電子器件和可編程邏輯器件，開闊學(xué)生的視野;

(三)擴(kuò)展知識(shí)口徑，豐富學(xué)生的工程實(shí)踐技能。在數(shù)字電子技術(shù)中引入VHDL，讓學(xué)生了解硬件描述語言，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路與系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的軟件編寫。

二、細(xì)節(jié)著手改良教學(xué)方法

好的教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的保證?！皵?shù)字電子技術(shù)”課程組在教學(xué)改革與實(shí)踐的過程，注重結(jié)合課程實(shí)際，采取合適的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)基于問題的探究式學(xué)習(xí)、基于案例的討論式學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的參與式學(xué)習(xí)。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，引入先進(jìn)的教學(xué)手段。在教學(xué)中，充分使用多媒體教學(xué)、仿真教學(xué)等先進(jìn)技術(shù)。

如圖1所示電路是利用同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160采用異步置零法接成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其原理圖看似沒有問題，而其仿真結(jié)果又是什么呢?其仿真結(jié)果如圖2所示，通過課堂演示會(huì)發(fā)現(xiàn)其循環(huán)出現(xiàn)問題，0-1-2-3-0循環(huán)，“為什么”這會(huì)是每一個(gè)學(xué)生馬上產(chǎn)生的疑問。原因是由于置零信號(hào)隨著計(jì)數(shù)器被置零而立即消失，所以置零信號(hào)持續(xù)時(shí)間極短，如果觸發(fā)器的復(fù)位速度有快有慢，則可能會(huì)發(fā)生動(dòng)作慢的觸發(fā)器還未來得及復(fù)位，置零信號(hào)已經(jīng)消失，導(dǎo)致電路誤動(dòng)作。因此，這種接法的電路可靠性不高。為了克服這一缺點(diǎn)，時(shí)常采用改進(jìn)電路如圖3所示，其仿真結(jié)果，如圖4所示。在講授任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法時(shí)，其原理枯燥難懂，學(xué)生往往不易掌握，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，沒有影像媒體及仿真系統(tǒng)的配合，學(xué)生就會(huì)失去興趣與積極性。多媒體教學(xué)與仿真教學(xué)的結(jié)合使用，將設(shè)計(jì)過程與結(jié)果直觀的演示出來，加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的聯(lián)系，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與記憶，提高了學(xué)生的認(rèn)知性與趣味性，起到了事半功倍的效果。

圖1 74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

圖2 圖1電路的仿真示意圖

圖3 圖1的改進(jìn)電路圖

圖4 圖3電路的仿真示意圖

時(shí)至今日，“數(shù)字化”浪潮幾乎席卷了電子技術(shù)應(yīng)用的一切領(lǐng)域，但是每每上課時(shí)總有學(xué)生會(huì)問“學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)到底能干什么”。因此，在講解具體的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，精心設(shè)計(jì)和選取了貼近生活的實(shí)例。在講授顯示譯碼器時(shí)，選取學(xué)生熟悉的出租車計(jì)價(jià)器實(shí)例，如圖5所示。

圖5 出租車計(jì)價(jià)器

介紹LED七段顯示器、液晶顯示器、BCD-七段顯示譯碼器等;在講授555定時(shí)器時(shí)，選取玩具游戲機(jī)，如圖6所示，講解555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及其主要應(yīng)用模式;講授計(jì)數(shù)器時(shí)，選取秒表計(jì)時(shí)器電路，如圖7所示，介紹計(jì)數(shù)器的分類、常用計(jì)數(shù)器器件、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成等。實(shí)踐證明，這些生活中常見的、生動(dòng)有趣的實(shí)例能夠更好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，加快學(xué)生掌握知識(shí)的速度。

圖6 玩具游戲機(jī)

圖7 秒表計(jì)時(shí)器電路

三、面向應(yīng)用改革實(shí)踐環(huán)節(jié)

實(shí)踐教學(xué)是高等教育教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。因此在此次教學(xué)改革中，特別注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，通過實(shí)踐教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)顯得尤為重要。

(一)調(diào)整實(shí)驗(yàn)題目

從工程實(shí)際出發(fā)，改進(jìn)或整合原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要保留部分經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如:譯碼器測(cè)試及應(yīng)用、555定時(shí)器測(cè)試及應(yīng)用等，使學(xué)生學(xué)會(huì)基本的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法。增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在原有的組合邏輯電路設(shè)計(jì)、同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加了60s定時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì)、四路彩燈設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和綜合分析能力。

(二)引入先進(jìn)的EDA技術(shù)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用MultSIM10.0仿真軟件，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在大幅度提高實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)，使學(xué)生具備初步的現(xiàn)代電工電子工程設(shè)計(jì)的思想，提高綜合素質(zhì)。使學(xué)生了解和掌握新技術(shù)，為將來從事工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。

(三)加大實(shí)驗(yàn)室的開放力度

采取自建與共建的方式，提高實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備利用率，使學(xué)生利用課外時(shí)間加強(qiáng)訓(xùn)練，培養(yǎng)綜合思維的實(shí)踐能力，并與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合，為學(xué)生加強(qiáng)工程實(shí)踐能力提供便利。

(四)進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核管理

執(zhí)行“嚴(yán)格要求，嚴(yán)格訓(xùn)練、嚴(yán)格考核，認(rèn)真總結(jié)”的實(shí)驗(yàn)考核管理理念。在原有的實(shí)驗(yàn)考核方式的基礎(chǔ)上增加了期末實(shí)驗(yàn)操作考核和發(fā)揮性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種考核方式。實(shí)驗(yàn)操作考核是結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件，選取實(shí)驗(yàn)任務(wù)量相近的實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)抽取題目設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)完成情況當(dāng)場(chǎng)評(píng)定考核成績(jī)。通過這種嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)考核方式。使學(xué)生更好的掌握實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。發(fā)揮性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)“智能搶答器”、“多路報(bào)警器”等設(shè)計(jì)題目，學(xué)生自由發(fā)揮設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)原理報(bào)告。從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作興趣，提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和綜合分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

四、結(jié) 語

吉林化工學(xué)院“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革，通過找準(zhǔn)課程定位、改良教學(xué)方法、改革實(shí)踐環(huán)節(jié)等大量積極、有序、穩(wěn)健的研究與實(shí)踐活動(dòng)，已經(jīng)取得了較好的成效。學(xué)生對(duì)常用電子器件、數(shù)字電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)更感興趣，能夠更好的掌握了數(shù)字電子技術(shù)方面的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

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