合適課程設(shè)計有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)

張煒龍 胡曉華 張禹

摘要：本文主要講述“數(shù)字電子技術(shù)”的課程設(shè)計對學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用，“數(shù)字電子技術(shù)”的課程設(shè)計在內(nèi)容上根據(jù)福建江夏學(xué)院（以下簡稱“我?！保╇娮有畔⒐こ虒I(yè)所需的基礎(chǔ)要求，以“理論適度、強化技能培養(yǎng)”為原則，既重視理論知識基礎(chǔ)的有效鞏固，也關(guān)注學(xué)生實踐動手能力的培養(yǎng)。本文結(jié)合筆者在福建江夏學(xué)院中的課程教學(xué)經(jīng)驗，以“彩燈循環(huán)顯示電路”課程設(shè)計為例淺析了課程設(shè)計對于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)起到的良性作用。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計；彩燈循環(huán)顯示電路；學(xué)生學(xué)習(xí)

數(shù)字電子技術(shù)是我校電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具備一定的電子技術(shù)理論基礎(chǔ)、一定的創(chuàng)新意識、一定的解決實際問題的能力，促使學(xué)生了解本專業(yè)的應(yīng)用發(fā)展方向，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事電子信息工程工作打下一定的基礎(chǔ)。

福建江夏學(xué)院是2010年由福建省政府組建的一所旨在培養(yǎng)復(fù)合性創(chuàng)新陛應(yīng)用型各類高素質(zhì)專門人才的應(yīng)用型本科大學(xué)。數(shù)字電子技術(shù)課程應(yīng)滿足學(xué)校、學(xué)科建設(shè)的高要求，充分地激發(fā)學(xué)生對于這門課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

課程設(shè)計作為學(xué)生學(xué)習(xí)的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生自己設(shè)計和搭建一個實用電子產(chǎn)品雛形。常言說得好，“說一百遍，不如做一遍”，學(xué)生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案，對相關(guān)知識點有更加深入的理解，提升學(xué)生的成就感，增強自信心，提高學(xué)習(xí)主動性，從而形成良性循環(huán)。本文以“彩燈循環(huán)顯示電路”中“數(shù)字電子技術(shù)”的課程設(shè)計為例，從幾個方面淺析了課程設(shè)計對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)所起到的良性作用。下面，筆者將從設(shè)計的相關(guān)環(huán)節(jié)來具體闡述。

一、分析設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)

本課程設(shè)計的題目是“彩燈循環(huán)顯示電路”，學(xué)生在拿到設(shè)計題目后，首先要根據(jù)相關(guān)材料分析設(shè)計任務(wù)，掌握相關(guān)原理圖，解析其基本構(gòu)造和功能，將總電路原理圖拆分成以下三個單元電路：矩形方波產(chǎn)生的頻率、10個彩燈的循環(huán)點亮和七段數(shù)碼管上顯示彩燈的循環(huán)次數(shù)。

學(xué)生要做到對設(shè)計功能的完美解析、原理圖清楚識讀，要掌握“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的相關(guān)基本理論和基本方法，清楚所涉及的各個芯片的功能、參數(shù)，及其涉及典型功能模塊的搭建，進(jìn)而要了解單元電路功能模塊的構(gòu)建，了解單元電路中各個部件元件的作用，清楚整體設(shè)計所要達(dá)到的性能指標(biāo)，乃至有效擴展至一些特定微型數(shù)字系統(tǒng)。

在這部分，學(xué)生既要鞏固課堂理論知識，又要加強對實際電路的認(rèn)識、解析能力。

二、元器件的選擇

對課程設(shè)計題目完美解析之后，接下來就涉及合適的元器件的選取。在搭建單元電路時，對于特定功能單元需要選擇主要的集成塊。比如時鐘電路選555，計數(shù)/譯碼器4017，計數(shù)器4518，譯碼4511及顯示驅(qū)動電路也都相對固定，但存在電路特定功能要求不同，需要適當(dāng)元件參數(shù)匹配集成塊，例如，10個彩燈循環(huán)點亮的完美顯現(xiàn)，對方波頻率的選擇就有所要求，學(xué)生在利用555觸發(fā)器構(gòu)成脈沖方波時，必須考慮到影響時間常數(shù)的RC元件參數(shù)的選擇。

同樣構(gòu)建單元電路時，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性等參數(shù)很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計成本。

在這部分，學(xué)生在進(jìn)行元件的選擇的同時，不僅要掌握所用儀器設(shè)備的使用介紹，了解實驗過程中的注意事項，還要掌握從電路的整體布局到一個個小的元件的清楚認(rèn)識。

三、設(shè)計總體電路圖

任何一種邏輯功能都可以設(shè)計出一種相應(yīng)的邏輯電路。根據(jù)需要設(shè)計出符合要求的邏輯電路，合適的計算機輔助軟件給我們的電路設(shè)計提供了極大的便利。

1.仿真軟件

該設(shè)計要求學(xué)生掌握兩種仿真軟件Multisium和Proteus，并結(jié)合所給的設(shè)計題目，繪制電路原理圖，進(jìn)行模擬仿真測試。學(xué)生在操作過程中掌握以下三個方面知識點：

（1）熟悉Multisium和Proteus軟件操作界面，了解選取元器件時所需要注意的一些注意事項。

（2）調(diào)整電路圖中元器件布局，調(diào)試電路板，故障排查。數(shù)字電路設(shè)計以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計內(nèi)容的成敗，結(jié)合整體實現(xiàn)功能，要求每一個單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，確保各單元之間滿足驅(qū)動電平匹配和電流匹配，合理布局。

仿真是整個設(shè)計成功關(guān)鍵的一步，學(xué)生做好仿真電路的連接，之后的焊接電路就會顯得相對輕松、駕輕就熟。電路仿真軟件為學(xué)生之后從事電路設(shè)計、模擬仿真等打下基礎(chǔ)。

對于仿真軟件，老師只是起到簡單領(lǐng)進(jìn)門的作用，需要學(xué)生自身去拓展學(xué)習(xí)，這里有個需要重視的地方，相較于私下自學(xué)，集中學(xué)習(xí)、互幫互助成效非常明顯。

2.電路原理圖印制板設(shè)計功能

課程設(shè)計要求學(xué)生掌握Protel 99SE軟件的原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、自動布線器這幾個功能，學(xué)生通過該軟件的學(xué)習(xí)，可以強化計算機模擬和具體元器件的封裝工藝，統(tǒng)籌各個單元電路的布局。

學(xué)生弄好印制板，在其上焊接電路，這在很大程度上接近實際的電路板的制作工藝，學(xué)生在此可以得到理論和實際明顯的結(jié)合，貼近工藝、貼近工廠，提高了興趣，極大調(diào)動了學(xué)生的主動性。

四、焊接、搭建電子產(chǎn)品雛形

完成了前面三步之后，學(xué)生就進(jìn)入電子產(chǎn)品的搭建環(huán)節(jié)，而要進(jìn)行完美的電路搭建，首先要求學(xué)生掌握一些基本的知識、動手能力：了解萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源等常用電工電子儀器、儀表的使用；熟悉電阻、電容、電感、二極管、三極管、變壓器、集成電路等的外形結(jié)構(gòu)；熟悉機械開關(guān)、繼電器、接插件、熔斷器、電聲器件的外形和標(biāo)志方法；熟悉各種常用線材的外形與結(jié)構(gòu)；電烙鐵的使用方法和使用技巧、焊接注意事項等。

學(xué)生有了如上所示的準(zhǔn)備就可以開始在萬用板上焊接電路，按照前面電路圖仿真，將電路圖復(fù)制到萬用板上，而這也是本設(shè)計最鍛煉學(xué)生的時候，不僅要具備過硬的焊接技術(shù)，還需具有較強解決實際問題的能力，前者直接影響了最后電子產(chǎn)品的工藝水平、美觀程度，而后者則會關(guān)系到焊接的電子產(chǎn)品能否實現(xiàn)我們所要的設(shè)計結(jié)果。

五、書寫綜合設(shè)計實驗報告

學(xué)生在完成全部仿真、電路模型搭建之后所作的綜合書面報告，是學(xué)生對整個課題設(shè)計的思考和總結(jié)，是對課題設(shè)計的再認(rèn)識、知識升華的過程。

書寫實驗報告，使學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，書寫實驗報告時，力求完整、完美地表達(dá)自己的學(xué)習(xí)過程，以及自己對本設(shè)計的思考、體會，這能極大地調(diào)動學(xué)生的主動|生，使其認(rèn)知自己，展現(xiàn)自己。

本文通過“彩燈循環(huán)顯示電路”中“數(shù)字電子技術(shù)”的課程設(shè)計的具體實施步驟，詳細(xì)地解析了課程設(shè)計對學(xué)生的作用以及學(xué)生所要掌握的內(nèi)容，通過課程設(shè)計，學(xué)生能將知識從點帶到面，充分地認(rèn)識到數(shù)字電子技術(shù)課程的重要性和作用，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，提高自主學(xué)習(xí)和主動學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生以后從事相關(guān)行業(yè)打下基礎(chǔ)。本文所例舉的課程設(shè)計，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)以及獨立動手能力方面有著積極的作用，既檢驗了學(xué)生對基礎(chǔ)性實驗的學(xué)習(xí)效果，同時也促進(jìn)了學(xué)生相關(guān)學(xué)科能力的提升，應(yīng)當(dāng)引起重視。