數(shù)字電路教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

達正花

【摘 要】創(chuàng)新能力是大學(xué)生走向社會的核心競爭力之一，如何培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是當(dāng)前高校探索的重點。本文通過具體實例闡述如何在數(shù)字電路教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的高效學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新方法。使學(xué)生在潛移默化過程中提升創(chuàng)新思維能力，掌握創(chuàng)新方法技能，增強學(xué)生的綜合實力。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路；教學(xué)；培養(yǎng)；創(chuàng)新能力

How to Cultivate Students Creative Ability in the Teaching of Digital Circuits

DA Zheng-hua

（Department of Electronics and Information Engineering， Lanzhou Vocational Technical College， Lanzhou Gansu 730070， China）

【Abstract】Innovative ability is one of the core competitiveness of college students to the community， how to cultivate the innovation ability of college students is the focus of the current university exploration. This article illustrates how to cultivate students learning ability， innovative thinking ability and innovative methods in digital circuit teaching process through the concrete examples. Enable students to enhance the ability of innovative thinking in the process of subtle， master innovative methods and skills. Enhance the comprehensive strength of the students.

【Key words】Digital circuit； Teaching； Training； Innovative ability

1 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，也是人類發(fā)展的不竭動力。黨的十八屆五中全會提出：必須把創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置[1]。習(xí)近平在全國科技創(chuàng)新大會上講[2]：“科技是國之利器，國家賴之以強，企業(yè)賴之以贏，人民生活賴之以好。中國要強，中國人民生活要好，必須有強大科技”?？萍家獜姡捅仨氁粩鄤?chuàng)新，而創(chuàng)新的關(guān)鍵是要有具備創(chuàng)新能力的人才，創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在大學(xué)校園。目前，學(xué)界有關(guān)創(chuàng)新的理論研究程度相對較高，但對實踐中的可操作性的、普適性問題的研究相對薄弱，也未能兼顧到理論研究和實踐研究的同步性，從而削弱了對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實際指導(dǎo)[3]。特別是探討大學(xué)教育具體活動方式對學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展有哪些具體影響的研究較少。因此，如何通過課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是擺在高校每一位教師面前的重要任務(wù)與研究課題。

2 創(chuàng)新能力所具備的要素

創(chuàng)新能力是個體運用一切已知信息，包括已有的知識和經(jīng)驗等，產(chǎn)生某種獨特、新穎、有社會或個人價值的產(chǎn)品的能力[4]。由此可見，創(chuàng)新需要三個基本條件：知識、思想和方法。因此，教師在教學(xué)中要將傳授知識、提升知識應(yīng)用能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法三者并重，構(gòu)成一個完整的教學(xué)過程。培養(yǎng)創(chuàng)新思維主要指培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、收斂思維、聯(lián)想思維、和逆向思維等；培養(yǎng)創(chuàng)新方法主要指讓學(xué)生掌握奧斯本檢核表法、列舉分解法、組合創(chuàng)新法、聯(lián)想類比法和信息發(fā)明法等。

3 數(shù)字電路教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法

3.1 數(shù)字電路教學(xué)中高效學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

據(jù)美國學(xué)者詹姆斯·馬丁的測算，近十年，人類知識總量已達到每3年翻一番，到2020年甚至要達到每73天翻一番的空前速度。數(shù)字電子技術(shù)的更新速度尤為迅速。因此，教育的任務(wù)已不只是教會學(xué)生已有的課本知識，而是要教會學(xué)生如何高效學(xué)習(xí)和迅速捕捉有用信息的能力。

3.1.1 迅速找出關(guān)鍵知識點、強化理解

各個專業(yè)知識所涵蓋的知識領(lǐng)域非常廣泛，一個知識領(lǐng)域代表了一個專業(yè)方向和技能。在教學(xué)中，首先讓學(xué)生了解自己所學(xué)課程所屬知識領(lǐng)域、知識單元和其涵蓋的核心知識點。數(shù)字電路屬于電路與電子學(xué)知識領(lǐng)域的一個核心知識單元，它的基本知識點有：數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、脈沖的產(chǎn)生和整形、常用集成電路的應(yīng)用等。在教學(xué)實施中按照內(nèi)容體系→知識點之間的關(guān)系→重難點問題講解→一般性問題自學(xué)這一方案，科學(xué)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程。在平時的教學(xué)中，有意訓(xùn)練學(xué)生迅速捕捉關(guān)鍵知識點的能力，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)學(xué)習(xí)規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，然后用自己的話來闡明主題。找出關(guān)鍵知識點，經(jīng)過思考，列舉生活中的實例來闡述知識點的含義，達到真正理解并內(nèi)化知識。

3.1.2 應(yīng)用思維導(dǎo)圖方法歸納總結(jié)知識及知識拓展

每學(xué)完一章內(nèi)容，就引導(dǎo)學(xué)生以思維導(dǎo)圖的方式進行知識的歸納與總結(jié)，將知識點串連起來，構(gòu)成一個完整的知識體系，形成知識鏈條，便于記憶與理解。整本書學(xué)完后再進行總的總結(jié)，并分別舉例闡述每一部分所包含的具體內(nèi)容和各部分內(nèi)容之間的聯(lián)系。圖1為整本書內(nèi)容一級簡略總結(jié)，還可以繼續(xù)往下進行詳細總結(jié)，便于分析比較各個部分的內(nèi)容。

圖1

通過知識的歸類與總結(jié)，讓學(xué)生掌握整體的知識體系，而不是零散的知識點，同時也灌輸了掌握知識結(jié)構(gòu)思維圖和歸納總結(jié)方法給學(xué)生，讓學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中高效學(xué)習(xí)。

3.1.3 以項目為驅(qū)動培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用知識的能力

通過知識點的強化理解，整本書章節(jié)的歸納總結(jié)，使學(xué)生掌握整個數(shù)字電路體系結(jié)構(gòu)。接下來引導(dǎo)學(xué)生進行具體的應(yīng)用。以搶答器、數(shù)字鐘、簡易頻率計、數(shù)字密碼鎖等項目的設(shè)計為例。伴隨著課程的進程，由簡單到復(fù)雜，由組合電路到時序電路，由小規(guī)模到中規(guī)模再到大規(guī)模逐步展開，形成一個由淺入深、具有梯度和內(nèi)在聯(lián)系的各個子項目，最后將其綜合形成一個完整系統(tǒng)。同時，在設(shè)計過程中提出一系列問題，比如，用那種電路成本更低？性能更穩(wěn)定？實現(xiàn)起來更方便等，讓學(xué)生通過思考如何完成任務(wù)的同時降低電路成本，提高性價比。使學(xué)生在應(yīng)用知識的同時考慮經(jīng)濟成本，為以后的就業(yè)創(chuàng)業(yè)做準(zhǔn)備。

3.2 數(shù)字電路教學(xué)中貫穿創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

從邏輯函數(shù)變形我們可以看出有四種不同方法可以實現(xiàn)同一個邏輯功能，這種教學(xué)方法其實就是培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。發(fā)散思維是指大腦在思維時呈現(xiàn)的一種擴散狀態(tài)的思維模式，它表現(xiàn)為思維視野廣闊，思維呈現(xiàn)出多維發(fā)散狀。如“一題多解”、“一物多用”等方式。不少心理學(xué)家認(rèn)為，發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的最主要的特點，是測定創(chuàng)造力的主要標(biāo)志之一。然后引導(dǎo)學(xué)生分析每一種電路的利弊，選出最優(yōu)電路，這個過程是培養(yǎng)學(xué)生收斂思維能力。收斂思維的特點是使思維始終集中于同一方向，使思維條理化、簡明化、邏輯化、規(guī)律化。收斂思維也是創(chuàng)新能力必不可少的思維方式之一。

例2：設(shè)計一位二進制全加器。所謂全加器是實現(xiàn)兩個1位二進制相加并考慮低位進位的邏輯電路。設(shè)計步驟：（1）分析輸入、輸出，確定輸入輸出端；（2）列全加器真值表；（3）由真值表寫出輸出函數(shù)的最小項表達式；（4）根據(jù)具體要求對最小項表達式進行化簡；（5）根據(jù)化簡結(jié)果，畫出全加器邏輯圖。

從設(shè)計步驟可以看出，整個過程都將逆向思維的方法融會在教學(xué)過程中，逆向思維也叫求異思維，它是對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點反過來思考的一種思維方式。而根據(jù)給定要求化簡邏輯函數(shù)的過程是培養(yǎng)學(xué)生的強制聯(lián)想思維。強制聯(lián)想是強制將某種誘因?qū)е虏煌硐笾g發(fā)生聯(lián)系的一種沒有固定思維方向的自由思維活動。在人們的創(chuàng)造活動中起重要作用。

3.3 數(shù)字電路教學(xué)中融會創(chuàng)新方法的培養(yǎng)

創(chuàng)新方法也是創(chuàng)新能力的核心構(gòu)成要素，掌握了創(chuàng)新方法，可以少走彎路，節(jié)省時間成本。在數(shù)字電路教學(xué)過程中，創(chuàng)新方法的培養(yǎng)也始終貫穿在教學(xué)模式中，讓學(xué)生在掌握知識的過程中潛移默化掌握了方法。例如，掌握了設(shè)計1位二進制全加器，怎么設(shè)計4位二進制全加器；會分析74LS290十進制計數(shù)器邏輯圖，能不能用它來構(gòu)成六十進制計數(shù)器等這些方法，目的就在培養(yǎng)學(xué)生的奧斯本檢核表法中擴一擴的方法，也就是將現(xiàn)有產(chǎn)品的功能能不能擴大一些使用范圍。而555集成定時器和基本元器件組合都能實現(xiàn)什么功能？將兩塊555集成定時器，一個基本RS觸發(fā)器和若干電阻電容組合就可以實現(xiàn)多諧振蕩器；用一塊555集成定時器和電容組合可以構(gòu)成施密特觸發(fā)；用一塊555集成定時器和兩個電容再加一個電阻組合可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。這種教學(xué)模式旨在培養(yǎng)學(xué)生的組合創(chuàng)新法和聯(lián)想類比法。并將這些方法告訴學(xué)生，使其在今后的學(xué)習(xí)工作中加以應(yīng)用。

4 結(jié)束語

將創(chuàng)新能力教育融入高校人才培養(yǎng)體系，并非指在培養(yǎng)方案中插入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)課程，而是要在做好現(xiàn)有專業(yè)學(xué)科教育的前提下，進一步將創(chuàng)新能力教育的理念融入到人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)和專業(yè)課程體系中，在教學(xué)過程中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，傳授創(chuàng)新方法，使創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實處。

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