提高“數(shù)字邏輯電路”課程質(zhì)量的研究與探索

摘要：為了提高“數(shù)字邏輯電路”課程的教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，對(duì)課程的教學(xué)方法、教學(xué)手段做一些探討和研究，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0053-02

“數(shù)字邏輯電路”是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生必修的基礎(chǔ)課程，是進(jìn)—步學(xué)習(xí)“單片機(jī)原理及應(yīng)用”、“微機(jī)原理”等課程的基礎(chǔ)。要使老師所講授的知識(shí)真正為學(xué)生所理解與掌握，需要不斷調(diào)整教學(xué)方法和手段，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容產(chǎn)生興趣，積極思考，提高創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。在七年的教學(xué)過(guò)程中，不斷嘗試與總結(jié)，獲得了一些效果較好的教學(xué)方式和手段。

一、讓學(xué)生了解功能要求后自己設(shè)計(jì)芯片

對(duì)于邏輯功能芯片，在以往的教學(xué)中一般由老師講解芯片的名稱(chēng)、邏輯符號(hào)、功能表、引腳、使用，但是因?yàn)樾酒?，容易混淆，效果不理想。筆者探討和研究后總結(jié)出：自己看的東西，遠(yuǎn)沒(méi)有自己動(dòng)手做的東西印象深刻。于是嘗試了另一種方式：老師提出功能，提示一個(gè)方向，讓學(xué)生設(shè)計(jì)出來(lái)，再進(jìn)行組裝，演變成書(shū)上的芯片，比如移位寄存器74194的得到。第一步：用D觸發(fā)器分別構(gòu)成右移、左移、并行輸入寄存器，如圖1、圖2、圖3。第二步：用兩個(gè)控制端來(lái)控制三個(gè)通道數(shù)據(jù)的選擇。引入2/4數(shù)據(jù)選擇器的概念，讓兩個(gè)控制端S1S0，控制DR，DL，D3。使S1S0=01時(shí)右移，10時(shí)左移，11時(shí)并行輸入，如圖4所示，并封裝成芯片。

二、緊密聯(lián)系后續(xù)課程，讓學(xué)生充分意識(shí)到知識(shí)點(diǎn)的重要性

為了使學(xué)生更好地理解譯碼器74138的功能，借助后續(xù)課程“單片機(jī)原理與應(yīng)用”中系統(tǒng)擴(kuò)展章節(jié)的連接圖，將重點(diǎn)知識(shí)與后續(xù)課程密切聯(lián)系。除138外，其他三種芯片學(xué)生們完全沒(méi)見(jiàn)過(guò)，學(xué)生們看到圖起初會(huì)畏懼，筆者鼓勵(lì)他們按138功能表正常分析，并提醒他們：需要用到的2764，CE低電平時(shí)，工作；高電平時(shí)，不工作。8031，373等芯片此刻對(duì)于138的功能分析幾乎沒(méi)用，不用分析，后續(xù)課程單片機(jī)中即將學(xué)到；如果此時(shí)不熟知138的功能，以后將無(wú)法理解后續(xù)課程單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)。讓學(xué)生充分了解以后可能遇到的大問(wèn)題與該知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，既強(qiáng)化突出了該知識(shí)點(diǎn)的重要性，又培養(yǎng)學(xué)生遇事不慌亂的科研人員必備基本素質(zhì)。

三、采用幽默的語(yǔ)言和直觀的方法，幫助學(xué)生理解，加強(qiáng)記憶

課堂的語(yǔ)言力求簡(jiǎn)練。既要能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)起他們的求知欲，又要重點(diǎn)突出，難點(diǎn)到位。運(yùn)用幽默的口頭語(yǔ)言、活躍的體態(tài)語(yǔ)言渲染教學(xué)氣氛，既能融洽師生關(guān)系，又能加深學(xué)生記憶。比如用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯器件，為了從狀態(tài)表得到觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程，可以借助于卡諾圖。但需要對(duì)卡諾圖和對(duì)半拆開(kāi)后，分別化簡(jiǎn)得到表達(dá)式，再與特性方程比較，得到J、K端的驅(qū)動(dòng)方程。怎么對(duì)半拆，是比較容易忘記的。這時(shí)借用學(xué)生們平時(shí)玩的游戲“切水果”，一個(gè)同學(xué)不小心點(diǎn)了付費(fèi)項(xiàng)目，橫切一刀付費(fèi)十八元，豎切一刀十八元，斜切一刀又十八元，學(xué)生們笑翻了，印象立刻得到加深。

課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，信息量大，電路圖繁雜，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段導(dǎo)致許多分析結(jié)果缺乏可視化表現(xiàn)，不利于加強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶。采用多媒體制作的教學(xué)手段，可以提高直觀效果。比如74194設(shè)計(jì)串入并出轉(zhuǎn)換器的例題，在一頁(yè)課件上制作了35個(gè)自定義動(dòng)畫(huà)，將電路的實(shí)際工作情況展現(xiàn)給學(xué)生，把抽象的問(wèn)題變得更為直觀，更易理解。

四、采用非常規(guī)方法分析設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

比如卡諾圖表示邏輯函數(shù)部分，，

如果按常規(guī)方法，需要先用反演律去掉長(zhǎng)非號(hào)，再轉(zhuǎn)換為最小項(xiàng)之和式，再填圖，比較麻煩。試著換個(gè)角度，令L1=，L2=。利用集合的概念，邏輯非就相當(dāng)于補(bǔ)集運(yùn)算，在卡諾圖中對(duì)應(yīng)的位置填0，剩余位置填1，即得到L1。L2=對(duì)應(yīng)的位置填1。L1、L2邏輯或相當(dāng)于求并集，則得到L。

五、串聯(lián)有關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)，避免多個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的混淆

例如觸發(fā)器部分，從功能分為四種觸發(fā)器RS，D，JK，T，按一般的授課方法，是逐個(gè)給出符號(hào)，分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到特性方程，總結(jié)出功能表。這種常規(guī)做法很花時(shí)間，還不容易使學(xué)生聽(tīng)懂具體過(guò)程，四個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)器還會(huì)互相混淆，迫切需要改進(jìn)教學(xué)方法，提高課堂效率。經(jīng)過(guò)對(duì)這部分難點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)可以換個(gè)角度，著重從觸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變方面講授，能達(dá)到事半功倍的效果。D觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器（圖5）的基礎(chǔ)上加了一個(gè)非門(mén)得到，如圖6，令S=D，R=代入RS觸發(fā)器的特性方程中：=D，很容易得出D觸發(fā)器的特性方程，然后根據(jù)D的取值分兩種情況計(jì)算，得到功能表，總結(jié)D觸發(fā)器的功能為次態(tài)與D相同。同理，JK觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器上加兩條從輸出到輸入的交叉反饋線(xiàn)而得到的，并將原來(lái)的s端改名為J端，原來(lái)的R端改名為K端，如圖7。T觸發(fā)器是在JK觸發(fā)器上將JK并接，命名為T(mén)得到，如圖8。這種方法思路很清楚，容易理解，也突出了從RS觸發(fā)器到其他觸發(fā)器轉(zhuǎn)變的來(lái)龍去脈，收到較好的教學(xué)效果。

六、針對(duì)學(xué)生的不同情況，實(shí)行個(gè)性化教學(xué)，因人施教

首先，課堂內(nèi)容要適度，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握由易到難，由簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)。要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生的思維得到較好的訓(xùn)練，使成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生“吃得飽”，使成績(jī)相對(duì)落后的學(xué)生能“吃得了”。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生，應(yīng)加強(qiáng)他們的知識(shí)積累，通過(guò)分析例題的思路，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，使這類(lèi)學(xué)生在解決類(lèi)似問(wèn)題時(shí)，能在理解的基礎(chǔ)上逐漸形成自己的思考方式。對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生，應(yīng)增加設(shè)計(jì)題目的難度和綜合性。引入一些可以用多種方法解決的題目，引導(dǎo)其積極思考，拓寬思路。引入一些需要多塊芯片才能設(shè)計(jì)成功的例子，訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力。其次，作業(yè)習(xí)題的講解，是知識(shí)鞏固的重要環(huán)節(jié)。但對(duì)于已經(jīng)完全掌握某知識(shí)點(diǎn)或作業(yè)完全正確的同學(xué)來(lái)說(shuō)，聽(tīng)習(xí)題講解，時(shí)間沒(méi)有花在刀刃上。為了更好地利用習(xí)題課，嘗試習(xí)題講解前，在黑板上給一些有難度的綜合設(shè)計(jì)題，學(xué)生根據(jù)自己的能力，選擇做綜合題還是聽(tīng)作業(yè)講解，使課堂寶貴時(shí)間得到了充分利用。

七、構(gòu)建研究式探討式教學(xué)模式，讓學(xué)生成為課堂的主體

教師應(yīng)扮演組織者，讓習(xí)慣被動(dòng)接受知識(shí)的學(xué)生參與教學(xué)，積極思考，大膽探究，參與討論，成為課堂的主體。改變教師在講臺(tái)上一個(gè)人講，學(xué)生幾乎沒(méi)有參與的形式，構(gòu)建研究式與探討式的課堂教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維。改變課上教師提出問(wèn)題，幾秒鐘或幾十秒內(nèi)自己回答，不留給學(xué)生充分時(shí)間考慮的趕進(jìn)度方法，備課時(shí)將開(kāi)展師生互動(dòng)交流與討論的時(shí)間充分留足，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，注重激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。課上老師會(huì)提出功能要求，不限制方法，不規(guī)定芯片，給學(xué)生充分的時(shí)間考慮。由設(shè)計(jì)好的同學(xué)上講臺(tái)介紹方案，其他同學(xué)聽(tīng)完后，指出改進(jìn)意見(jiàn)，介紹自己的方案。老師總結(jié)各種方案的利弊，及實(shí)際操作中可能遇到的問(wèn)題。老師會(huì)故意給出有缺陷的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生分析理解，是否正確，如何改進(jìn)，訓(xùn)練批判思維。

用幽默簡(jiǎn)練的語(yǔ)言、直觀形象的課件、由簡(jiǎn)到繁的知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，把知識(shí)傳授給學(xué)生，打好扎實(shí)的基本功。采用啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)模式，因材施教，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，大膽設(shè)計(jì)，勇于質(zhì)疑和創(chuàng)新，培養(yǎng)發(fā)散性和批判性思維，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正掌握對(duì)數(shù)字系統(tǒng)硬件進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基本技能，培養(yǎng)邏輯思維能力、邏輯抽象能力、解決實(shí)際問(wèn)題和進(jìn)行創(chuàng)新的能力。

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（責(zé)任編輯：王意琴）