“數字邏輯電路”實驗課程教學改革研究

于建，劉博

（河北民族師范學院物理系，河北承德067000）

“數字邏輯電路”實驗課程教學改革研究

于建，劉博

（河北民族師范學院物理系，河北承德067000）

本文在教學實踐的基礎上，針對數字邏輯電路實驗課程驗證性實驗多、綜合性實驗少，實驗資源分配的固化，考核形式單一等現狀，提出從實驗課程結構安排、實驗資源的重新分配、豐富考核方式三方面對數字邏輯電路實驗課程進行教學改革，使得學生能夠將課堂理論知識應用到實際設計當中，進而提升其實驗技能，達到本實驗課程的教學目標。

數字邏輯電路實驗；教學現狀；教學改革

1　引言

“數字邏輯電路”是電子信息、計算機科學與技術等專業(yè)學生必修的一門重要專業(yè)基礎課。能夠熟練掌握電路分析和設計的基本方法，將為數字計算機和其他數字系統(tǒng)的硬件分析和設計奠定堅實的基礎。作為“數字邏輯電路”配套的實驗課程，要求學生掌握邏輯代數基礎和運算法則，掌握TTL、CMOS門電路的結構和工作原理，能夠熟練掌握數字電路分析和設計的基本方法。了解和掌握常用的小規(guī)模和中規(guī)模集成數字電路的結構和引腳分布情況。了解可編程邏輯器件的種類和工作原理。了解數模轉換電路和模數轉換電路的工作原理等[1]。該實驗課程內容繁多，知識面廣，綜合性和實踐性較強，對于基礎知識要求高，要使學生充分掌握各個相關的實驗，從而掌握“數字邏輯電路”課程對應內容，存在著一定難度。如何組織本實驗課程的教學內容，提高學生實驗技能，培養(yǎng)學生設計較為復雜的數字邏輯系統(tǒng)的能力，就成為實驗課教師研究的重要內容。本文從課程的實際出發(fā)，結合我校應用型的辦學特點，開展本實驗課程的教學改革探索。

2　教學現狀分析

“數字邏輯電路”實驗課程的教學目標是把課堂的理論知識與實際動手相結合，培養(yǎng)學生實驗技能，最終達到掌握數字邏輯系統(tǒng)的分析與綜合的基本方法，在掌握基本的數字電路知識的同時，能夠設計一些復雜的數字邏輯系統(tǒng)[2]。但是在目前的教學過程中，存在如下的問題，影響了教學質量以及教學目標的實現。

2.1實驗課程內容結構的安排上，驗證性、基礎性實驗涉及較多，而綜合性、設計性實驗較少。目前的“數字邏輯電路”實驗大部分課時主要集中在前面章節(jié)的基礎性、驗證性實驗，留給后面的綜合設計性實驗課時較少，這樣影響了學生主動設計電路的能力及創(chuàng)新意識，在教學過程中慢慢導致學生被動完成實驗的內容，喪失學習的興趣，影響了對“數字邏輯電路”課程的掌握。

2.2實驗資源分配的固化。目前本實驗課程的實驗資源都是通過實驗課教師的申請進行采購，而實驗課教師也會依據所開展的實驗課內容進行針對性購買。這樣的資源定向性使用，影響了學生對于各種芯片、實驗器材、設計性實驗所用到的元器件的詳細參數功能的了解，與實際工程產品的設計參數要求、元器件選擇的性價比方面相去甚遠。

2.3考核方式單一。目前對于本實驗課程的考核一般集中在學生在實驗室動手實驗的完成情況、時間分配、實驗報告的完成情況，而且實驗成績一般情況是不計入對應課程期末成績的，是通過實驗課教師對學生平時的表現以及實驗報告進行給分。這樣的考核方式，并不能反映出學生做實驗的真實情況和對實驗的掌握程度。

3　教學改革實踐

面對“數字邏輯電路”實驗課程的教學現狀，只有充分調動學生的學習積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性，才能達到培養(yǎng)學生的數字邏輯電路的綜合分析與設計能力，增強學生的創(chuàng)新意識。在教學過程中，嘗試重新安排實驗教學內容的結構、合理分配實驗資源、豐富考核方式等幾個方面調動學生的學習興趣和積極性，使學生深入了解本實驗課程。

3.1教學內容重新分配

現有的實驗內容包括：邏輯代數基礎實驗、門電路實驗、組合邏輯電路基礎實驗、觸發(fā)器基礎實驗、時序邏輯電路基礎實驗、555定時器基礎性實驗、數模模數轉換基礎性實驗、可編程邏輯器件基礎性實驗、以及數字邏輯電路綜合性設計實驗[3]。實驗課程的課時安排，以我校為例，整個實驗內容共計22學時，目前的課時分配分為：前面涉及到的驗證性、基礎性實驗占到16個學時，而數字邏輯電路的綜合性實驗只占到6個學時。

為了合理安排實驗課時的比例，提出利用Multisim軟件來進行輔助實驗教學，Multisim軟件是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。由于Multisim軟件的易上手性，將基礎性、驗證性實驗都在此軟件平臺完成(減少課時占用)，而后期與實際工程結合緊密的綜合性設計實驗則結合Multisim軟件在硬件平臺完成(培養(yǎng)學生對課程的直觀感受)。在實踐教學過程中，縮短了基礎性、驗證性實驗所占有課時的比例，提高了后期綜合性設計實驗所占的課時比例。具體分配比例如下餅圖：進行項目所要求的芯片及相關器材的購買，從購買過程中，與設計相結合，了解購買的元器件的參數是否與設計要求相符，更加貼近工程實際，從而得到更合理的設計。另外，提供部分資金作為獎勵資金，以鼓勵在項目設計上提供出性價比最高方案的實驗小組，調動學生對于數字邏輯電路設計的積極性。

3.3豐富考核方式

以我校為例，以往的實驗課程的成績是不計入相關專業(yè)課期末考試成績的，并且只作為考查內容。本教學改革小組提出將實驗成績劃入“數字邏輯電路”課程的期末考試成績，不再單獨作為一門成績出現，實驗成績占課程期末總成績的20%。

而且，將實驗成績的組成部分進行修改，不僅僅依賴于實驗課堂的表現以及實驗報告的完成情況；將學生定期的實驗體會、以及所參與的項目設計報告也作為考核的內容。同時，定期進行電子設計計時賽，基于Multisim軟件平臺，完成各種基礎性、驗證性實驗仿真，以此測試學生對實驗軟件平臺的掌握情況，將仿真結果和完成時間作為評分標準。

圖2　實驗考核成績組成

圖1　實際實驗課時分配圖

3.2實驗資源多元化分配

目前，實驗資源都是實驗教師分配使用的，這樣的結果導致在進行后期綜合性設計性實驗使得學生幾乎不參與任何設計需要的相關原件的采購，對器件參數與工作原理無法真正深入了解?；谶@種情況，提出將實驗資源做出重新分配:一方面實驗課教師將資源用于軟、硬件平臺的建設，另一方面將部分資源資金平均分配給各個實驗小組負責人，通過給出設計題目，完成設計的項目要求，讓各個實驗小組

4　結語

本教學改革小組根據目前“數字邏輯電路”實驗課程所存在的問題，通過實驗課程重新分配、資源多元化分配、以及豐富考核方式等手段開展教學，充分調動了學生的積極性和主動性。提高了“數字邏輯電路”實驗課程的教學效果，同時加深了學生對此專業(yè)課程的了解。

[1]孫紹榮.高等教育方法概論[M].上海：華東師范大學出版社，2010.

[2]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]余孟嘗.數字電子技術簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

G642.0

A

2095-3763（2015）02-0014-02

2014-07-15

于建（1979-），男，滿族，河北承德人，河北民族師范學院物理系講師，碩士，研究方向為語音與圖像處理。