《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)創(chuàng)新改革研究與初探

張錦

【摘 要】隨著現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域日益趨向自動化與數(shù)字化的快速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，而《數(shù)字電子技術(shù)》作為一門基礎(chǔ)學(xué)科其教學(xué)的改革與創(chuàng)新也是勢在必行。本文結(jié)合該課程的教學(xué)經(jīng)驗，從教學(xué)內(nèi)容、實踐內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對該課程教學(xué)創(chuàng)新改革提出幾點建議。

【關(guān)鍵詞】電子技術(shù)；數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)創(chuàng)新改革

0 引言

電子技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展非常迅速，電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分[1-2]。由于大規(guī)模集成電路尤其是可編程器件的高速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的更新速度非常迅速，信息時代正是以數(shù)字化為基本特征，航天、通信、計算機、工業(yè)自動化等領(lǐng)域都在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，因此對以數(shù)字電路邏輯設(shè)計和應(yīng)用為主要內(nèi)容的《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)提出了更高的要求。為了適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形式，提高教學(xué)質(zhì)量，本文從《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)中存在的不足，從教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方式上對該課程教學(xué)創(chuàng)新改革提出幾點建議。

1 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

1.1 數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)

數(shù)字信號是離散化的信號，信號的值用高低電平來表示分別代表數(shù)字邏輯量1或0。而模擬信號是連續(xù)信號。數(shù)模信號間的轉(zhuǎn)換往往是將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換是將傳感器從自然界獲取的連續(xù)信號經(jīng)過采樣、量化、編碼等處理，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

數(shù)字信號較模擬信號具備以下優(yōu)點：

1）模擬信號是連續(xù)型的信號，因此其波形有若干種形式，而數(shù)字信號只有高、低兩種信號，為信號的接收與處理帶來了方便。

2）模擬信號極容易收到干擾，這些干擾不僅僅來自信號的采集階段，信號傳輸過程和電子元件本身都會造成誤差，因此模擬信號的精度難以保證。而數(shù)字電路中只以高低電平對信號進行編碼，這就保證了信號的抗干擾能力，提高信號的精度。

1.2 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

當(dāng)前大部分高校教學(xué)中所選用的《數(shù)字電子技術(shù)》教材還是講述的是標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件。其中包括TTL制造工業(yè)的54/74系列和基于CMOS制造工藝的4000系列?；跇?biāo)準(zhǔn)邏輯器件設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)所需器件多，連線復(fù)雜，因此系統(tǒng)可靠性較低，但教學(xué)時以標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件為研究對象可以方便學(xué)生掌握基本原理，也容易理解其搭建的基本電路的設(shè)計及分析方法。

電子設(shè)計自動化EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)的出現(xiàn)，可以將硬件進行編程化設(shè)計，使得硬件設(shè)計的修改像軟件程序修改一樣方便快捷且容易移植。因此在教材的編寫和選擇中應(yīng)精簡分立元件的內(nèi)容，引入EDA技術(shù)的教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，通過仿真軟件進行電路的模擬與演示更形象地說明電路的功能[3]，從而提高學(xué)生對大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的分析、設(shè)計能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，為學(xué)生提供主動學(xué)習(xí)的試驗平臺。

2 實踐教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

《數(shù)字電子技術(shù)》是一門實踐性非常強的課程，在實踐環(huán)節(jié)可以給予學(xué)生更直觀的理解，可以做到進一步驗證理論和深化理論。實踐教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新可以從以下幾個方面入手：

1）以“學(xué)生為主體，教師為輔助”的實驗教學(xué)模式。在實驗過程中運用啟發(fā)式教學(xué)，以引導(dǎo)和個別輔導(dǎo)的方式鼓勵學(xué)生獨立思考問題。在實驗條件允許的情況下采用一人一組的模式，保證每名學(xué)生都獨立完成實驗，實驗結(jié)束后可以引導(dǎo)學(xué)生思考在實驗中遇到的問題，發(fā)揮每一名同學(xué)的主觀能動性和創(chuàng)新能力。

2）設(shè)計綜合性、設(shè)計性實驗。綜合性設(shè)計性的實驗有助于學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識靈活應(yīng)用的能力，是學(xué)生由理論向能力應(yīng)用的必要路徑。設(shè)計實驗時也應(yīng)考慮實驗的趣味性和可實現(xiàn)性，在實驗過程中學(xué)生按照課程所學(xué)電路的設(shè)計步驟完成實驗，為今后運用數(shù)字電路知識解決實際問題打下良好基礎(chǔ)。

3）多種實驗方式：學(xué)生要完成實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，必須使用實驗室，那么僅僅實驗課上開放的時間可能無法滿足學(xué)生的實驗需求，那么針對這一問題，可以將實驗的形式分為課上及課下兩部分，延長實驗室開放時間，保證所有學(xué)生完成實驗課程計劃。

4）強化課程設(shè)計

在課程設(shè)計中強化學(xué)生對于EDA技術(shù)的應(yīng)用和掌握，在必選課題外提供若干個備選的課題作為選作課題，在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計，提高學(xué)生的設(shè)計能力。

3 教學(xué)方式的創(chuàng)新

由于現(xiàn)代電子技術(shù)與計算機技術(shù)的快速發(fā)展，《數(shù)字電子技術(shù)》在理論教學(xué)中的課程內(nèi)容日益分化，分析方法更加多樣，這使得授課難度加大，因此需要對教學(xué)方法和教學(xué)手段進行改革。

3.1 啟發(fā)式教學(xué)

從問題的提出到引導(dǎo)學(xué)生思考，再到對結(jié)論的假設(shè)和求證，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，例如，講到組合邏輯電路設(shè)計時，可以通過比較貼近于生活的實例來激發(fā)學(xué)生的設(shè)計欲望，可以舉一個火車進站與出站調(diào)度信號控制的實例：

首先問題的提出：

1）鐵路安全問題今年來頻頻出現(xiàn)，特別是全國火車大提速后，此問題如何解決？

2）經(jīng)統(tǒng)計研究，大部分事故因火車班次調(diào)度有誤引起。

3）作為一名電氣工程師，你該如何解決這個問題？

4）如何利用組合邏輯電路設(shè)計步驟解決火車調(diào)度問題？

通過問題的提出將這樣一個現(xiàn)實生活中的常見問題轉(zhuǎn)化為該次課所上的內(nèi)容中來，接下來導(dǎo)入實際問題：

例：旅客列車有特快、普快和普客3種，在同一時間，只允許有一列客車從車站發(fā)出，即只能給出一種開車信號，上述3種客車的優(yōu)先級別是特快最高，其次是普快、普客。 試用優(yōu)先編碼器實現(xiàn)上述邏輯要求。

接下來引導(dǎo)學(xué)生分析：請求信號有3個，分別為特快、普快、普客3種列車的請求開出信號，而站里發(fā)出的允許信號為輸出信號，根據(jù)組合邏輯電路設(shè)計步驟，求解其邏輯圖。

最后按照邏輯電路設(shè)計的步驟解題。

3.2 EDA仿真軟件與多媒體結(jié)合教學(xué)

《數(shù)字電子技術(shù)》課程的顯著特點是圖表大、信息豐富，且電路狀態(tài)的變化是動態(tài)的，因此可采用EDA軟件畫出不同的控制方式電路，并將對應(yīng)的仿真結(jié)果以波形圖方式給出，讓學(xué)生直觀形象地領(lǐng)會所學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)束語

《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)創(chuàng)新改革應(yīng)適應(yīng)數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，在內(nèi)容及教學(xué)重點上相應(yīng)調(diào)整，此外，為了使學(xué)生更直觀更容易理解數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計過程，應(yīng)加強與實際生活的聯(lián)系以及實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計與創(chuàng)新。

【參考文獻】

[1]薛延霞，鄭燕.數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革的探討[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2006（11）.

[2]佘新平，余士求，余厚全.數(shù)字電子技術(shù)課程實驗教學(xué)改革探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2012（10）.

[3]劉銀萍，陳惠珊.數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的探討[J].實驗室研究與探索，2006（25）.

[責(zé)任編輯：侯天宇]