數(shù)字電路課程教學(xué)方式改革的探討

余丹霞

（湛江市粵西技工學(xué)校 廣東湛江 524009）

數(shù)字電路課程教學(xué)方式改革的探討

余丹霞

（湛江市粵西技工學(xué)校 廣東湛江 524009）

在時代不斷進步，科技不斷發(fā)展下，專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)方式與方法也應(yīng)跟著改變。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是目前技術(shù)教育的一項至關(guān)重要的工作；在進行數(shù)字電路的教學(xué)過程中，如何培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高其實踐操作能力與增強學(xué)生技能對技校培養(yǎng)合格的技術(shù)人才至關(guān)重要。在新課改的不斷發(fā)展下，對教學(xué)課程的改變要從多方面入手，重視實踐教學(xué)是其中一項最為重要的方面，也是提高學(xué)生綜合技能的一個行之有效的方法。本文從對數(shù)字電路教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新著手，以理論與實踐的完美結(jié)合來說明數(shù)字電路教學(xué)方式改革的重要性。

數(shù)字電路 教學(xué)方式的改革 實踐教學(xué)

在技校電子專業(yè)，自動化專業(yè)以及通信專業(yè)與計算機專業(yè)中，數(shù)字電路是其中一門主要的課程。它主要討論了數(shù)字電路理論知識、邏輯工具的類型、邏輯變換原理與邏輯變換方法以及常用邏輯模塊類型與元件類型的原理與應(yīng)用。主要介紹了基本的設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)方法以及組合電路設(shè)計方法與可編程邏輯器件與應(yīng)用等內(nèi)容，目的是可以讓學(xué)生掌握數(shù)字電路的設(shè)計方法與設(shè)計原理，分析并設(shè)計出數(shù)字邏輯系統(tǒng)。這門課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它的性質(zhì)是直接面向應(yīng)用，所以要求理論與實踐的緊密結(jié)合；數(shù)字電路實驗與電路設(shè)計是教學(xué)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，這關(guān)系到對這門課程的掌握程度。然而，讓學(xué)生獨立去完成一個實驗也是比較難的，因為在實驗過程中還會存在了一些學(xué)生沒有涉及與掌握的新的知識點，學(xué)生若盲目跟隨則會失去實驗的真正作用，這會阻礙學(xué)生訓(xùn)練提高動手的能力。

一、改革與創(chuàng)新數(shù)字電路教學(xué)模式

在傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)模式中，理論與實踐的脫離使學(xué)生不能在實踐中將理論知識很好的應(yīng)用，以至于出現(xiàn)學(xué)生不知道自己學(xué)了什么的困惑。所以，打破傳統(tǒng)教學(xué)的束縛，將理論與實踐有機的結(jié)合是數(shù)字電路教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)，提高學(xué)生技能最有效的方法。

1.應(yīng)用高科技手段

數(shù)字電路的教學(xué)內(nèi)容在不斷發(fā)展的高科技電子技術(shù)下需要不斷的更新，在原有課時內(nèi)實現(xiàn)更高層次的需要顯然是不現(xiàn)實的，而且課程本身就有比較多的圖表，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足這種要求。如果能在教學(xué)過程中利用一些仿真軟件，比如VHDL軟件和Matlab軟件，或者利用多媒體教學(xué)方式等一些具有現(xiàn)代化的教學(xué)手段來直觀，形象的將復(fù)雜的圖表展示出來，不但大大的簡化了教師的講解，還有利于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，給課堂信息量的增加提供了方便。比如，在對組合邏輯電路的顯示譯碼器進行講解時，要使用引導(dǎo)方式先讓學(xué)生討論設(shè)計譯碼器的原理與方法，然后將正確設(shè)計方案講給學(xué)生，再用VHDL語言實現(xiàn)，在MaxplusII上仿真。這樣做既擴展了學(xué)生的思路，又幫助他們加深了理解。如圖

圖1 仿真顯示譯碼器波形圖

Matlab是MATrix LABoratory的縮寫，即矩陣實驗室，是由美國MathWorks公司獨自開發(fā)的包括三大基本功能：數(shù)值計算與符號計算以及圖形可視化于一體的，操作簡單但功能強大的語言，這是一種被國際公認的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件中的一個。在全球各個技校中，Matlab已經(jīng)成為了一些高級課程常用的教學(xué)工具，比如線性代數(shù)課程、數(shù)理統(tǒng)計課程、數(shù)值分析課程、自動控制課程、優(yōu)化方法可以及動態(tài)系統(tǒng)仿真課等。如果將Matlab軟件應(yīng)用于數(shù)字電路課程的講解中，一樣可以起到擴展知識面與提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要作用。比如，在進行組合邏輯電路全加器的講解中，先向?qū)W生介紹半加器的原理。假設(shè)Ai和Bi表示兩個加數(shù)，Si表示本位和，Ci表示本位向高位進位。圖2為半加器的真值表與所對應(yīng)的半加器電路圖。

圖2 半加器（a）真值表（b）電路圖

之后用Matlab中的Simulink工具來建立相應(yīng)的模型，具體操作步驟：1）在Matlab命令窗口下運行Simulink；2）在Math Operations下選擇Logic Operator工具，然后拖到新建文件夾中，再進行雙擊，就可以看到文件夾中包含了6種數(shù)字電路的常用門電路，這六種門電路分別為：非門、或非門、或門、異或門、與門以及與非門。在電路圖中選出異或門與與門，并分別命名：L1，L2；3）在Sources下選擇Constant，并將兩個常數(shù)模塊與Ai和Bi對應(yīng)；4）在Sinks下選擇Display，并使兩個顯示模塊與Si和Ci分別對應(yīng)；5）按照圖2電路圖連線；6）對連線進行驗證。若Ai=0，Bi=0，驗證結(jié)果則如圖3（a）；7）連線驗證正確后，把Contant與Display替換成輸入模塊與輸出模塊，然后把所有模塊與連線用虛線框選擇在一起并點擊Ctrl+G來創(chuàng)建子模型。圖3（b）。

圖3 半加器仿真結(jié)果（a）仿真模型（b）子模型

以創(chuàng)建自定義模塊來建立屬于自己的模塊庫可以為以后搭建仿真式的數(shù)字電路提供便利。將VHDL和MATLAB軟件應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)中對數(shù)字電路進行設(shè)計、調(diào)試以及仿真與驗證，不但可以豐富數(shù)字電路課堂的信息量，還能使學(xué)生對電路的仿真過程以及運行結(jié)果形象直觀的看清楚，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性有幫助，也能提升教學(xué)質(zhì)量。

2、創(chuàng)建課程網(wǎng)站

受課時限制，要想向?qū)W生講解更多的知識，傳授更實用的技術(shù)，只靠課堂的那些時間是完全不夠的。如果能充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高科技性，通過課程網(wǎng)站的創(chuàng)建向?qū)W生實時的講解，不僅打破了時間限制，還能從根本上解決了內(nèi)容多課時少的問題。

3、師生之間多交流

師生之間的溝通交流也是教改中很重要的一方面，在技校中，教師開設(shè)的課程在上完課后，師生要多面對面溝通交流的機會。所以，教師在教學(xué)過程中，要利用課余時間跟學(xué)生交流，了解他們對課程的掌握程度并根據(jù)學(xué)生實際情況適時的進行課程調(diào)整；還要充分利用互聯(lián)網(wǎng)這個網(wǎng)絡(luò)平臺，不時的組織學(xué)生在這個平臺討論，并建議學(xué)生將學(xué)習(xí)中存在的問題發(fā)給教師并給與解決，還要鼓勵學(xué)生對教師的課程提出一些建議，對好的意見要接受并采納。最后，要保持與已經(jīng)畢業(yè)學(xué)生的聯(lián)系，適時的從他們那里了解與專業(yè)相關(guān)的公司的一些最新需求，并把這些需求應(yīng)用到教學(xué)中。

二、結(jié)合理論與實踐

1.理論配合實踐

在以往的教學(xué)模式中，往往忽視了理論與實踐的相結(jié)合，學(xué)生多數(shù)雖然能夠很熟悉掌握理論知識，但是在實際問題中，卻不知道該怎么解決。在進行數(shù)字電路講解時，可以適當?shù)拇┎逡恍┰O(shè)計實例，并讓學(xué)生結(jié)合相關(guān)資料解決一些簡單的實際問題。比如在第一節(jié)課中，首先介紹課程學(xué)習(xí)的實際應(yīng)用，然后介紹主要內(nèi)容，之后介紹章節(jié)安排等，隨之引入設(shè)計實例。如圖4交通管理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在進行思路講解的同時指出對應(yīng)知識點，比如系統(tǒng)中組合邏輯電路顯示器譯碼器的應(yīng)用，時序邏輯電路分頻器與減法計數(shù)器的應(yīng)用等。然后給出系統(tǒng)模塊圖，如圖5。學(xué)生剛開始可能聽不太懂，但是從實例中可以對課程有一個基本認識，這有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與積極性。

圖5 系統(tǒng)模塊圖

2.認識課堂實驗

在進行數(shù)字電路教學(xué)時，將理論教學(xué)設(shè)在便于學(xué)生觀察并了解這門課程的一些元件，接線以及電路等的實驗室中，使學(xué)生認識課堂實驗，熟悉元件與電路所具有的各種功能與實驗現(xiàn)象等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的熱情。比如，在上數(shù)字電路課前，先讓學(xué)生對集成與門74LS00系列元件（圖6）進行認識，并告訴他們這些元件之間的邏輯關(guān)系，參數(shù)以及應(yīng)用；再重點介紹譯碼器、數(shù)碼管以及數(shù)據(jù)選擇器（圖7）等，讓學(xué)生在認識過程中鑒別器件好壞，并掌握各種器件的功能與應(yīng)用領(lǐng)域。

圖6 74LS00系統(tǒng)元件

圖7 74LS151選1數(shù)據(jù)選擇

3.進行基礎(chǔ)實驗

學(xué)生實踐動手操作的初步訓(xùn)練是要進行課堂基礎(chǔ)實驗，在進行上一個環(huán)節(jié)之后，就可以讓學(xué)生參與到這個環(huán)節(jié)中來，訓(xùn)練學(xué)生動手能力。在這個環(huán)節(jié)中，提倡做一些操作步驟簡單、現(xiàn)象直觀易見的實驗，比如電路功能單一，組合電路的元器件較少，操作簡單，時間短而實驗效率又高的實驗。如圖8，這是一個雙顯示電路，實驗效果是兩個顯示器在時鐘信號高低的電平變化時交替顯示數(shù)碼。教師可以在學(xué)生操作完成后，對學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的一些問題及時指出并糾正，還可以讓學(xué)生借助相關(guān)學(xué)習(xí)資料來對實驗中交替顯示數(shù)碼的原理以及顯示數(shù)碼改變的原因進行討論，有不懂的地方教師也可以及時解答。結(jié)果表明，課堂基礎(chǔ)實驗?zāi)軌蛟黾訉W(xué)生實際動手機會，還能使學(xué)生掌握基礎(chǔ)實驗過程與操作要領(lǐng)，對學(xué)生以后實踐操作有幫助。

圖8 雙顯示電路

4.加強理論知識

理論教學(xué)在數(shù)字電路教學(xué)中同樣很重要，不能因為增加了學(xué)生的實際動手能力而忽視了課堂理論教學(xué)。在理論教學(xué)中，要參照學(xué)生在實踐操作環(huán)節(jié)中的所有元器件，比如編碼器、門電路等，并對學(xué)生進行講解與分析，重點講解那些元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理以及功能等；還要給學(xué)生提供一定的討論空間，讓他們能夠自由的表達、探究、質(zhì)疑和討論問題，使他們不斷總結(jié)在實踐操作中沒有了解或者沒有解決的問題。也可以指引學(xué)生參加一些小組或者集體解決疑難題活動，讓學(xué)生不僅可以鞏固理論知識，還可以將實踐操作中存在的問題一并解決，更解決了學(xué)生實踐與理論難以結(jié)合的問題。

5.加強課外實踐

在學(xué)生掌握了一定的理論知識與實踐實驗操作原理和操作步驟后，教師要進行適當?shù)恼n外實踐的設(shè)計。即教師可以根據(jù)學(xué)生實際學(xué)習(xí)情況，給出難易比例恰當?shù)念}目，并將實驗原理與設(shè)計要領(lǐng)給學(xué)生講清楚，然后把實驗中所需要的元器件與接線板等一些必備品發(fā)給學(xué)生，之后讓學(xué)生自己動手操作實驗的每個步驟；在學(xué)生操作完成后，教師要對學(xué)生的實驗成果進行驗收，并指出其中存在的問題與改進方法，當然，適當?shù)墓膭羁梢栽黾訉W(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過課外實踐實驗的設(shè)計，能夠提高學(xué)生查閱相關(guān)應(yīng)用資料的能力，還能提高學(xué)生的實踐動手操作能力，使學(xué)生在實踐操作過程中理解理論，也對以后應(yīng)用理論來更好的解決實踐操作過程中的問題有利。當然，這樣的設(shè)計也可以幫助一些動手能力強的學(xué)生提高其實踐技能。

結(jié)束語

良好的教學(xué)方式能夠給學(xué)生創(chuàng)造一種輕松舒適的學(xué)習(xí)氛圍，理論與實踐的相結(jié)合不但可以使數(shù)字電路課堂教學(xué)更為直觀形象易懂，還能培養(yǎng)學(xué)生動手能力，改變學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度，讓他們從這種學(xué)以致用的方法中體會學(xué)習(xí)的樂趣，從而提高學(xué)習(xí)效果，也提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，并為社會培養(yǎng)出更多的專業(yè)性優(yōu)秀人才提供了幫助。

［1］謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.華中科技大學(xué)出版社.2012.

［2］朱幼蓮，翟麗芳，黃成.數(shù)字電路課程的教學(xué)改革與實踐［J］.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報.2013.

［3］羅軍輝.MATLAB7.0在圖像處理中的應(yīng)用［J］.北京：機械工業(yè)出版社.2012.