開放式實(shí)踐教學(xué)在“數(shù)字電路”課程中的應(yīng)用

梁曉琳 包本剛 張文昭 潘海軍

摘 要：“數(shù)字電路”是電氣類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是電子類專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基石。為提高數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，分析了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問題，并進(jìn)行了改革。采用了開放式實(shí)踐教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，要求學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)散思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力。改革實(shí)踐表明，開放式的實(shí)踐教學(xué)改革提高了學(xué)生的發(fā)散思維能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，營(yíng)造了濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且效果明顯，得到了學(xué)生的一致好評(píng)。

關(guān)鍵詞：開放式實(shí)踐教學(xué) 數(shù)字電路 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（b）-0106-02

“數(shù)字電路”是電氣類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是電子類專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基石。學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)效果，直接影響著他們的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，甚至影響到學(xué)生在電子電路設(shè)計(jì)方面的動(dòng)手操作能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。“數(shù)字電路”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生要想學(xué)好這門課程，實(shí)踐是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[1]。為提高“數(shù)字電路”實(shí)踐教學(xué)效果，分析了傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)存在的問題，并進(jìn)行了大膽的實(shí)踐教學(xué)改革，取得了很好的成效。

1 傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的主要問題

1.1 傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)以教師講授為主

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)通常是以教師講授為主。首先教師認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)原理，然后逐步講解演示，學(xué)生跟著老師的節(jié)奏一步一步地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前根本不需要課前準(zhǔn)備，只要在課堂認(rèn)真聽老師講解，緊跟老師步伐完成每一步操作，就可以到達(dá)預(yù)定的實(shí)驗(yàn)效果。甚至有些實(shí)踐教學(xué)中，老師從頭至尾為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，基本沒有留給學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間和空間，也沒有給學(xué)生獨(dú)自將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì)。這種“教師演示，學(xué)生觀摩”的實(shí)踐教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成一種被動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，他們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課就是驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)，教師給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和演示，學(xué)生只要照做就可以了，最后還將這種學(xué)習(xí)方法帶入到專業(yè)課程的學(xué)習(xí)階段。因此，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式不利于學(xué)生發(fā)散思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，完全達(dá)不到學(xué)生職業(yè)化教育的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.2 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏學(xué)習(xí)趣味性

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般以普通的門電路設(shè)計(jì)、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)為主。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往缺乏實(shí)際生活應(yīng)用背景，內(nèi)容也顯得單一，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程容易產(chǎn)生疑惑，不知道所學(xué)有何用，逐漸失去學(xué)習(xí)興趣。因此，教師在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置上應(yīng)該適當(dāng)?shù)乜紤]實(shí)際應(yīng)用背景，比如涉及到某一生活需要或工程應(yīng)用，讓學(xué)生感受到自己所學(xué)知識(shí)有所用，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)情趣和動(dòng)力。

2 “數(shù)字電路”開放式實(shí)踐教學(xué)的意義

2.1 以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

采用開放式實(shí)踐教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)中居主體地位。教師提出設(shè)計(jì)要求，學(xué)生自行分析設(shè)計(jì)思路，查找資料，制定設(shè)計(jì)方案，最后根據(jù)所學(xué)的知識(shí)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。整個(gè)過程中，教師必須全程跟蹤，當(dāng)學(xué)生遇到疑問或困難時(shí)，應(yīng)給與引導(dǎo)和幫助。學(xué)生在老師的引導(dǎo)下還可以發(fā)散思維，追求創(chuàng)新，開展一些拓展性的任務(wù)設(shè)計(jì)。這樣才能從真正意義達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手操作和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

2.2 加強(qiáng)學(xué)生間的溝通，創(chuàng)造開放平等的交流平臺(tái)

濃厚的學(xué)術(shù)氛圍和開放平等的交流平臺(tái)是激發(fā)學(xué)習(xí)情趣和促進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)步的重要條件。學(xué)生可以在良好的學(xué)習(xí)環(huán)境中相互交流、相互競(jìng)爭(zhēng)和合作。有利于他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，有利于進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新潛能[2]。因此，創(chuàng)建開放性電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，建立高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生提供一個(gè)良好的實(shí)踐環(huán)境尤為重要。

2.3 營(yíng)造正能量的學(xué)習(xí)風(fēng)氣

在開放式實(shí)踐教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考問題，積極交流經(jīng)驗(yàn)，利用所學(xué)知識(shí)去解決生活中的實(shí)際問題[3]。鼓勵(lì)學(xué)生按照自己思維方式去完成電路設(shè)計(jì)，尋找學(xué)習(xí)興趣，將“被動(dòng)式”學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)式”學(xué)習(xí)，營(yíng)造正能量的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

3 開放式教學(xué)在“數(shù)字電路”實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

3.1 硬件平臺(tái)

實(shí)踐課開設(shè)前，教師應(yīng)根據(jù)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容準(zhǔn)備好一些必需的實(shí)驗(yàn)素材，比如相關(guān)的集成芯片、SYB-500面包板、USB信號(hào)線、數(shù)碼管、發(fā)光二極管和電纜線等。然后將它們發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的任務(wù)要求，在不限于實(shí)踐課的條件下利用課余時(shí)間在開放式電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，做好提前預(yù)習(xí)和調(diào)試，為實(shí)踐課做準(zhǔn)備。課后學(xué)生還可以在實(shí)驗(yàn)室對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做進(jìn)一步的完善或拓展設(shè)計(jì)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象，提高自己的學(xué)習(xí)水平和專業(yè)技能。

3.2 項(xiàng)目設(shè)置

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，項(xiàng)目的設(shè)置一定要緊密圍繞實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐創(chuàng)新，能夠解決生活中的一些實(shí)際問題。項(xiàng)目的來源最好具有較高應(yīng)用背景的產(chǎn)品制造、工程應(yīng)用和科研課題，另外增加必要的電路板制作和硬件驗(yàn)證，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的教學(xué)效果。通過改革，學(xué)校對(duì)原來普通的門電路設(shè)計(jì)、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)等項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整結(jié)果見表1所示。從表1可以看出，7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在日常生活都具有較高的應(yīng)用背景和應(yīng)用價(jià)值。

3.3 典型實(shí)踐案例

利用SSI器件設(shè)計(jì)一個(gè)表決電路。首先階梯式地安排兩個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，第一個(gè)任務(wù)是完成舉重裁判表決電路德爾設(shè)計(jì)，舉重比賽有3個(gè)裁判，一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判，當(dāng)兩個(gè)裁判（其中有一個(gè)為主裁判）或兩個(gè)以上裁判判舉重成功時(shí)，才表示舉重成功。第二個(gè)任務(wù)是完成一個(gè)4人表決電路的設(shè)計(jì)，4人當(dāng)中有1位主裁、3位副裁，主裁認(rèn)可計(jì)兩分，副裁認(rèn)可計(jì)1分，只有當(dāng)分?jǐn)?shù)之和超過2分時(shí)才表示通過。學(xué)生可根據(jù)自身實(shí)際情況進(jìn)行任務(wù)選擇。

表決電路在實(shí)際生活中應(yīng)用很廣泛，比如一些選秀節(jié)目經(jīng)常出現(xiàn)的一些資深導(dǎo)師對(duì)選手進(jìn)行表決投票場(chǎng)景。學(xué)生對(duì)這一場(chǎng)景很熟悉，投票規(guī)則容易理解，這樣一來就會(huì)帶著一種好奇心進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。學(xué)生首先分析舉重裁判表決電路的因果關(guān)系，確定輸入變量和輸出變量，并且進(jìn)行邏輯賦值，然后畫出真值表，利用卡諾圖化簡(jiǎn)，寫出最簡(jiǎn)與或邏輯表達(dá)式Y(jié)=AB+AC。有些學(xué)生就利用74LS08與門和74LS32或門實(shí)現(xiàn)；有些學(xué)生將最簡(jiǎn)式進(jìn)行變型Y=（（AB）'（AC）'）'，然后用74LS00與非門實(shí)現(xiàn)；甚至有些學(xué)生將邏輯表達(dá)式簡(jiǎn)化成或非-或非的形式Y(jié)=（A'+（B+C）'）'，用74LS02或非門實(shí)現(xiàn)。在舉重裁判表決電路設(shè)計(jì)過程中，老師不需要仔細(xì)講解每一個(gè)設(shè)計(jì)步驟，只需要在學(xué)生的身邊進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)。學(xué)生根據(jù)自己所掌握的理論知識(shí)，主動(dòng)求索，自主完成表決器的設(shè)計(jì)。在大部分學(xué)生完成第一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)后，嘗試到了成功的喜悅，便不由自主地進(jìn)入第二個(gè)難度稍大點(diǎn)的4人表決器的設(shè)計(jì)。通過這兩個(gè)電路的設(shè)計(jì)，學(xué)生基本可以掌握利用小規(guī)模集成芯片完成組合邏輯電路設(shè)計(jì)的方法。

學(xué)生的理論水平參差不齊，對(duì)待問題的思考方式也各異千秋。在實(shí)踐教學(xué)過程中，不管學(xué)生采用何種邏輯方法，只要能夠?qū)崿F(xiàn)表決器的邏輯功能，都應(yīng)該給予充分的肯定。只要學(xué)生進(jìn)行了獨(dú)立思考，盡管電路設(shè)計(jì)不夠完善，也應(yīng)該得到老師的表揚(yáng)和鼓勵(lì)，這樣才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，才能有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

4 結(jié)語

3年的教學(xué)改革過程中，“數(shù)字電路”實(shí)踐課采用了開放式教學(xué)方法，不管在實(shí)踐時(shí)間和空間上，還是在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題和設(shè)計(jì)思路上，都給足了學(xué)生自己選擇的權(quán)利。讓學(xué)生在實(shí)踐過程中充當(dāng)了主體作用，他們根據(jù)自己的需求選擇實(shí)踐器件，獨(dú)立思考，擬定設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮了主觀能動(dòng)性。實(shí)踐結(jié)果證明，開放式的實(shí)踐教學(xué)改革提高了學(xué)生的發(fā)散思維能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，建立了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，營(yíng)造了濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且效果明顯。接下來，我們將繼續(xù)尋找更好的實(shí)踐教學(xué)方法，讓更多的學(xué)生受益。

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