項(xiàng)目教學(xué)法在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用

郭會(huì)娟，姚素芬，只德瑞，侯淑萍

（天津商業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300134）

【學(xué)術(shù)前沿】

項(xiàng)目教學(xué)法在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用

郭會(huì)娟，姚素芬，只德瑞，侯淑萍

（天津商業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300134）

本文根據(jù)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)，將項(xiàng)目教學(xué)法引入其教學(xué)實(shí)踐中，從教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)模塊化、教師引導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)合作、任務(wù)拓展等方面探討了項(xiàng)目式教學(xué)法的方案及實(shí)施。實(shí)踐證明，該方法有利于提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力，并有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新型邏輯思維能力。

項(xiàng)目式教學(xué)法；自主學(xué)習(xí)；創(chuàng)新型邏輯思維

一、引言

“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電氣、電子信息類在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有自身完整的理論體系和很強(qiáng)的實(shí)踐性。本課程通過對(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)，使學(xué)生獲得數(shù)字電子技術(shù)方面的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，為以后深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)某些領(lǐng)域中的內(nèi)容以及為數(shù)字電子技術(shù)在專業(yè)中的應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

在課程的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)混淆不清，不能將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來解一些綜合性題目。基于項(xiàng)目活動(dòng)的研究性學(xué)習(xí)，項(xiàng)目教學(xué)法的突出特點(diǎn)在于：將學(xué)習(xí)過程的實(shí)踐和研究活動(dòng)相融合[1]。項(xiàng)目教學(xué)法通過在教學(xué)中引入與相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的綜合案例，使學(xué)生在解決問題的過程中領(lǐng)會(huì)知識(shí)的內(nèi)涵和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)專業(yè)能力與綜合能力的有效提升[2]。

二、基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程建設(shè)

“數(shù)字電子技術(shù)”課程首先讓學(xué)生了解了數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)及邏輯代數(shù)，接著重點(diǎn)讓學(xué)生熟悉常用的集成電路及其應(yīng)用。在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，在課程的教學(xué)過程中采用項(xiàng)目教學(xué)法，引導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生采用模塊化的設(shè)計(jì)思路對(duì)綜合性的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目的選擇應(yīng)遵循的原則：（1）難度適中；（2）與現(xiàn)實(shí)生活緊密結(jié)合；（3）能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；（4）與專業(yè)相關(guān)，對(duì)專業(yè)知識(shí)有更深入的理解。

三、項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟

1.創(chuàng)造情境，激發(fā)學(xué)生興趣。在教學(xué)中創(chuàng)建良好的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在課程的“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”教學(xué)中，詢問學(xué)生有沒有獻(xiàn)過血。通過此問題可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，探究獻(xiàn)血和所學(xué)知識(shí)的相關(guān)性；接著詢問血型匹配知識(shí)。通過此問題調(diào)動(dòng)大家探討的積極性；最后提出能否利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)血型匹配判斷電路。通過前期的情境培養(yǎng)，使學(xué)生對(duì)“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.圍繞主題，逐步深入。學(xué)習(xí)了典型的時(shí)序集成電路后，為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)集成電路的理解和應(yīng)用，繼而引導(dǎo)學(xué)生作進(jìn)一步討論：能否用現(xiàn)有知識(shí)設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘？數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)包含哪些模塊？學(xué)生對(duì)數(shù)字電子鐘比較熟悉，能夠確定數(shù)字電子鐘需要實(shí)現(xiàn)哪些功能。學(xué)生通過研究和討論，設(shè)計(jì)出數(shù)字電子鐘的總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。數(shù)字電子鐘的模塊包括：秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生、計(jì)數(shù)、譯碼、校時(shí)和顯示等基本模塊，利用Multisim仿真軟件實(shí)現(xiàn)各電路模塊的獨(dú)立調(diào)試和仿真，再進(jìn)行系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)調(diào)試。在此過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考數(shù)字電子鐘的關(guān)鍵問題：秒脈沖信號(hào)如何產(chǎn)生？時(shí)計(jì)數(shù)電路，即二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？分、秒計(jì)數(shù)電路，即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？時(shí)（分、秒）譯碼電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？時(shí)（分、秒）顯示電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分的校準(zhǔn)？

圖1 數(shù)字電子鐘總體結(jié)構(gòu)圖

3.模塊化設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)合作?；驹O(shè)計(jì)思路確定以后，進(jìn)入項(xiàng)目的實(shí)施階段。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組時(shí)，應(yīng)從多個(gè)方面考慮團(tuán)隊(duì)成員的組合，如知識(shí)結(jié)構(gòu)、特長(zhǎng)、性格等。確定了小組成員后，明確每位同學(xué)職責(zé)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將項(xiàng)目任務(wù)模塊化，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的整體組織和協(xié)調(diào)，確保項(xiàng)目有條不紊地開展；成員兩人一組完成子模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試；最后以小組為單位，梳理項(xiàng)目，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人組織編寫和完善所有項(xiàng)目文檔和報(bào)告。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生參考他人的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法時(shí)，主要是學(xué)習(xí)他人的設(shè)計(jì)方法，如編碼、接口和電路的工作原理，而不是原封不動(dòng)地使用他人的電路。

在項(xiàng)目的方案論證過程中，鼓勵(lì)學(xué)生開展討論。學(xué)生可以通過提方案、相互補(bǔ)充和正反對(duì)比等多種探討思路，對(duì)所擬定的方案進(jìn)行仿真或試驗(yàn)驗(yàn)證。教師在這一環(huán)節(jié)中力求全面把握學(xué)生動(dòng)向，主動(dòng)獲取學(xué)生設(shè)計(jì)過程中的認(rèn)知錯(cuò)誤，加以指導(dǎo)。最后學(xué)生可以得出電子鐘每一子模塊的設(shè)計(jì)內(nèi)容。數(shù)字電子鐘的第一部分是時(shí)間基準(zhǔn)，即時(shí)鐘。學(xué)生通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，為了獲得可能的最高精度，時(shí)鐘電路選擇比較常見的32.768kHz的晶振，而32768是2的15次方，所以對(duì)這種晶振進(jìn)行15次分頻的話，就可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的1Hz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。

數(shù)字電子鐘的第二部分是秒計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器的工作原理為：給其裝載一個(gè)初始值并執(zhí)行減計(jì)數(shù)至零。當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖并將其傳遞給分計(jì)數(shù)器。在這里，裝載的初始值根據(jù)需要設(shè)定的時(shí)間和時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)來計(jì)算，若時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)為1Hz，則60s的設(shè)定時(shí)間所需的初始值為60，若時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)為2Hz，則60s的設(shè)定時(shí)間所需的初始值為120。也就是說，裝載的初始值等于需要設(shè)定的時(shí)間乘以時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)。

數(shù)字電子鐘的第三部分是分計(jì)數(shù)器，它實(shí)現(xiàn)分的計(jì)數(shù)和顯示，且進(jìn)行小時(shí)比較。每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器減至零時(shí)，分計(jì)數(shù)器加1。電路需包含一個(gè)比較電路的8位計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)分的復(fù)位并使小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。通過仿真，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，為了保證LED顯示的正確性，當(dāng)復(fù)位為零時(shí)，設(shè)置顯示值為59。

數(shù)字電子鐘的第四部分是時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)，小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。在計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生最容易忽略計(jì)數(shù)器的工作特性，在仿真時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題。例如，在電子鐘設(shè)計(jì)中計(jì)數(shù)器選用74LS193時(shí)，就要考慮其工作特性，在分計(jì)數(shù)器的值小于而不是等于60的那一個(gè)時(shí)刻加1。這樣做可以避免使用額外的邏輯運(yùn)算，來使比較器的輸出轉(zhuǎn)化為小時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入時(shí)鐘脈沖。小時(shí)計(jì)數(shù)器電路中也應(yīng)該包含一個(gè)比較器，用以檢測(cè)當(dāng)前值是否為12（電子鐘小時(shí)顯示為12進(jìn)制），如果是，立即將小時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位[3]。

4.總結(jié)問題，共同研討。在項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施的過程中，教師在做到整體掌握、全程引導(dǎo)的同時(shí)，還要尊重學(xué)生的設(shè)計(jì)，協(xié)助學(xué)生解決遇到的難題。

如學(xué)生在校時(shí)電路的設(shè)計(jì)中遇到了如下問題：校時(shí)電路的開關(guān)在接通和斷開時(shí)均存在抖動(dòng)問題，使電路無法正常工作。這時(shí)學(xué)生在教師的鼓勵(lì)、引導(dǎo)下查閱資料，了解到常用的消除抖動(dòng)的方法：軟實(shí)現(xiàn)（編程實(shí)現(xiàn)）、硬件實(shí)現(xiàn)。軟實(shí)現(xiàn)即處理器查詢或者監(jiān)視開關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有改變狀態(tài)時(shí)，即認(rèn)為開關(guān)已經(jīng)不再抖動(dòng)。常用的硬件去抖動(dòng)的方法有：（1）使用施密特觸發(fā)器電路；（2）使用CMOS555定時(shí)器；（3）基本RS鎖存器電路。利用施密特觸發(fā)器電路消除抖動(dòng)時(shí)，應(yīng)確保施密特觸發(fā)器的門限電壓盡可能小，以保證能被電容上的電壓觸發(fā)；當(dāng)開關(guān)存在很多抖動(dòng)時(shí)，最好的方法是采用CMOS555定時(shí)器構(gòu)建單穩(wěn)態(tài)電路來消除抖動(dòng)。當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，555定時(shí)器可以輸出一個(gè)穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，代替開關(guān)來觸發(fā)實(shí)際；利用基本RS鎖存器電路，將鎖存器的S端接開關(guān)輸入，R端接應(yīng)用電路，將開關(guān)的狀態(tài)鎖存，當(dāng)操作完成后取消鎖存。學(xué)生可以分組，應(yīng)用不同的方法消除抖動(dòng)，比較去抖動(dòng)的效果，確定最佳方案。

學(xué)生通過查閱資料，不僅解決了設(shè)計(jì)中遇到的問題，同時(shí)也發(fā)散了思維，擴(kuò)展了知識(shí)面。

5.時(shí)序仿真，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。學(xué)生通過原理圖設(shè)計(jì)，得到了秒脈沖信號(hào)、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過仿真可以得到其時(shí)序圖，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)利用集成計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，最后通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)和仿真。每個(gè)小組實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人應(yīng)向全班匯報(bào)并展示本組設(shè)計(jì)的作品，列舉在項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的問題及解決方案。

6.拓展項(xiàng)目，鼓勵(lì)創(chuàng)新。在學(xué)生實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的拓展，增強(qiáng)學(xué)生的靈活應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行討論，如現(xiàn)在市場(chǎng)上的電子鐘定時(shí)有何特點(diǎn)，學(xué)生自身對(duì)定時(shí)功能有何要求等。學(xué)生可以通過提方案、互相補(bǔ)充、多方面對(duì)比等探討過程，實(shí)現(xiàn)電子鐘個(gè)性化定時(shí)的設(shè)計(jì)。在這一過程中，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)思維探索，而且提高了對(duì)知識(shí)的理解記憶，為課程學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

不要局限于一套設(shè)計(jì)方案。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，將學(xué)生分組，要求每組同學(xué)采用不同的方法達(dá)到設(shè)計(jì)目的。例如用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)閃爍式LED時(shí)序電路，在設(shè)計(jì)時(shí)序發(fā)生器時(shí)可以采用以下幾種方法：（1）555定時(shí)器；（2）慢時(shí)鐘；（3）快時(shí)鐘，通過計(jì)數(shù)器來分頻。

四、結(jié)語

在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革中，采用項(xiàng)目教學(xué)法獲得了顯著的實(shí)際成效。采用基于項(xiàng)目的教學(xué)方法，通過創(chuàng)設(shè)情境、教師適時(shí)引導(dǎo)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作及互動(dòng)交流、項(xiàng)目拓展等，不僅能夠全面提高學(xué)生分析問題及解決問題的能力，還能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。教學(xué)實(shí)踐證明，基于項(xiàng)目教學(xué)法的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型電氣信息類專業(yè)人才是有效的。

[1]康華光，等.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2005.

[2]王秀敏，等.項(xiàng)目式教學(xué)法在“現(xiàn)代邏輯設(shè)計(jì)”課程中的應(yīng)用[J].北京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011.

[3]M yke Predko.數(shù)字電路原理與設(shè)計(jì)實(shí)例解析[M].張曉林，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

Application of Projected-based Teaching Method on Course of Digital Electronic Technology

GUO Huijuan YAO Sufen ZHIDerui HOU Shuping
（School of Information Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin300134，China）

According to the characteristic of digitalelectronic technology in thispaper，the projected-based teaching method is applied in the process of teaching in our university，then its scheme and implement is discussed in several aspects including creating situation，modular m ission，teachers'guide，teamwork，expanding m ission，etc.It has shown that themethod is favorable in improving students'ability to solve problemsand analyze problemsand developing their ability to learning independently and innovative logicalcogitation.

projected-based teachingmethod；learning independently；innovative logical cogitation

G642.41

A

1674-9324（2014）45-0277-03

天津商業(yè)大學(xué)青年科研培育基金項(xiàng)目（090111）

郭會(huì)娟（1979-），女，講師，博士研究生，研究方向：電器現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用。