數(shù)字電路課程的教學(xué)改革與研究

徐錦麗+葛雯

摘要：針對目前數(shù)字電路教學(xué)中存在的諸多問題，本文結(jié)合多年來數(shù)字電路課程的教學(xué)與實踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及考核方式等方面進行探討，提出了數(shù)字電路課程的教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)手段；考核方式

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0084-02

數(shù)字電路是電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過對該課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能正確掌握數(shù)字電路的基本理論和設(shè)計方法，并具備一定的實踐應(yīng)用能力。數(shù)字電路課程內(nèi)容較豐富，但學(xué)時卻在不斷減少，使得學(xué)生在課堂上沒有過多的時間去理解所學(xué)知識，難以跟上教師的節(jié)奏，導(dǎo)致他們失去了學(xué)習(xí)的興趣。而且，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和電子行業(yè)對人才的需求，高校數(shù)字電路課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會的需要，因此，有必要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教學(xué)新理念、新模式和新手段，以獲得更好的教學(xué)效果。

一、課程教學(xué)內(nèi)容的改革

數(shù)字電路課程理論體系非常豐富，內(nèi)容較多，在教學(xué)中存在的問題主要有兩方面。問題一是部分教師過分強調(diào)理論教學(xué)，對集成芯片的內(nèi)部原理分析過于煩瑣，以至于忽視了芯片的外部應(yīng)用和數(shù)字電路設(shè)計中不斷出現(xiàn)的新技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生疲于芯片電路原理的學(xué)習(xí)，疲于應(yīng)付考試，而缺少時效性，不能將所學(xué)知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，畢業(yè)后不能適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需求。問題二是部分教師教學(xué)體系安排不合理，過分強調(diào)開發(fā)工具的使用，而忽視基礎(chǔ)理論的教學(xué)，這樣使得學(xué)生對開發(fā)工具的應(yīng)用操作能力較強，但不具備完整的知識體系，一旦遇到問題不能舉一反三。因此，在實際教學(xué)中應(yīng)體現(xiàn)課程的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和先進性，能夠與時俱進，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，既要重視基礎(chǔ)知識，又要緊跟時代的發(fā)展介紹開發(fā)工具的應(yīng)用。在基礎(chǔ)理論教學(xué)上，應(yīng)該以集成電路為主線，對邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路和脈沖電路六大模塊加以介紹，以小規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，引入中、大、超大規(guī)模集成電路，逐步學(xué)習(xí)各類集成電路的芯片，教學(xué)中要著重強調(diào)各類電路的邏輯功能及應(yīng)用。另外，要將基礎(chǔ)理論與EDA技術(shù)相結(jié)合，使學(xué)生熟練掌握VHDL語言，熟練使用Quartus II軟件，能夠應(yīng)用EDA技術(shù)設(shè)計數(shù)字電路，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、采用啟發(fā)式教學(xué)

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，往往都是課堂上教師講授，課后學(xué)生做練習(xí)，課堂教學(xué)的信息量較大，學(xué)生難以接受，因此如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性至關(guān)重要。而啟發(fā)式教學(xué)，就是以教師為主導(dǎo)，在教學(xué)中不斷引入實例，增強課堂上與學(xué)生的互動性，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生能夠舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

三、采用對比法介紹相關(guān)內(nèi)容

在數(shù)字電路中，很多知識模塊是相關(guān)的。例如，在介紹時序電路的設(shè)計時，可與組合電路的設(shè)計做對比。時序電路是在組合電路的基礎(chǔ)上增加了記憶元件-觸發(fā)器，因此兩者的設(shè)計在步驟上是相近的。首先定義輸入、輸出變量是共同點，不同之處在于時序電路還需要定義不同的邏輯狀態(tài)；其次要列寫關(guān)于輸出與輸入變量的真值表，而時序電路還要表示出輸出與輸入變量、次態(tài)與初態(tài)之間的關(guān)系，因此對應(yīng)的表稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；然后需要寫出關(guān)于輸出與輸入變量的邏輯函數(shù)式并化簡，而時序電路要通過卡諾圖化簡寫出狀態(tài)方程、輸出方程及驅(qū)動方程；最后都要畫出邏輯電路圖，但時序電路還要驗證能否能自啟動。

四、借助于網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化教學(xué)手段

目前，數(shù)字電路的課堂教學(xué)多采用課件，這樣能夠大大減輕教師板書的工作量，增加信息量，但是部分教師過分依賴于課件，不再寫板書，這樣雖然教學(xué)速度變快，但是學(xué)生難以與教師保持同步，很難做到互動，無法提高教學(xué)質(zhì)量。因此，在課堂教學(xué)中應(yīng)以“翻轉(zhuǎn)課堂”為核心，以學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為依托，建設(shè)數(shù)字電路課程教學(xué)資源，包括課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、試題庫、在線測試[1]、錄制教學(xué)微視頻等內(nèi)容，完善課程教學(xué)資源網(wǎng)站，使得學(xué)生在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上能夠借助于網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)完成課程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中，教師可以針對不同的內(nèi)容采用不同的教學(xué)方式。對知識性較強的章節(jié)可采用課件教學(xué)，如用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)；對內(nèi)容淺顯的章節(jié)可以通過老師的指導(dǎo)，及與同學(xué)之間的交流，協(xié)助其完成知識的內(nèi)化，如門電路內(nèi)容；對于一些難點，可采用板書與課件相結(jié)合的方式，如異步時序電路的分析與設(shè)計、脈沖電路的分析與設(shè)計。

五、加強與完善實踐環(huán)節(jié)

數(shù)字電路作為一門電子技術(shù)課程，具有很強的實踐性，必須有相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)配合，進而加深學(xué)生對理論知識的理解，并能具體應(yīng)用到實際生活中。因此，實踐教學(xué)是數(shù)字電路教學(xué)中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。在實驗課教學(xué)中，實驗電路題目的設(shè)置要與課堂理論知識相對應(yīng)，實驗課進度要配合理論課的教學(xué)，讓學(xué)生做實驗時能夠有的放矢。首先以驗證性實驗為基礎(chǔ)，讓學(xué)生熟悉實驗儀器的操作，加深對數(shù)字電路集成芯片的認(rèn)識，掌握如何解決實際問題；然后側(cè)重于綜合設(shè)計性實驗，包括用譯碼器及數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計任意形式的組合電路，用觸發(fā)器設(shè)計同步及異步時序電路，用集成計數(shù)器芯片設(shè)計電子秒表，基于譯碼器和計數(shù)器設(shè)計八路彩燈控制器，基于A/D和D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計簡易的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。另外，學(xué)生可以選做部分實驗，在開學(xué)初就發(fā)給學(xué)生每人一塊面包板和一套實驗用元器件，讓他們可以在課后根據(jù)教學(xué)進度完成實驗電路的設(shè)計、調(diào)試等工作。還有部分實驗，學(xué)生需要在EDA實驗箱上完成，這樣大大增加了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)置每人一題，在期中就安排課設(shè)題目。因為實驗課教學(xué)往往是針對某一個或幾個知識點，具有局限性，恰巧課程設(shè)計環(huán)節(jié)可以彌補這個不足。課程設(shè)計題目的選擇應(yīng)具有一定的應(yīng)用背景，與實際生活緊密聯(lián)系，例如設(shè)計電風(fēng)扇控制電路、酒店客房控制電路、彩燈控制電路、音量控制電路、全自動洗衣機控制電路等。在課堂教學(xué)中不斷啟發(fā)學(xué)生如何設(shè)計相應(yīng)電路，用仿真軟件Multisim設(shè)計、調(diào)試電路，最終在面包板上實現(xiàn)電路的功能。在整個課設(shè)過程中，學(xué)生的興趣在不斷提升，同時也培養(yǎng)了學(xué)生在“工程”設(shè)計、制作和組織管理等方面的創(chuàng)新能力[2]。

六、改革考核方式，重視能力的培養(yǎng)

目前，數(shù)字電路課程的考核方式還局限于傳統(tǒng)的應(yīng)試教育模式，只是以期末考試成績作為評定學(xué)生的依據(jù)，導(dǎo)致教師僅為了提高及格率安排教學(xué)，而不注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；反過來，學(xué)生僅為了考試及格而學(xué)，而不注重自身能力的提高。這種考核方式嚴(yán)重背離了高等學(xué)校教學(xué)的目標(biāo)，因此在實際考核時既要重視知識的考核又要重視能力的培養(yǎng)[3]，其中以期末試卷形式的知識考核著重考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識和電路原理及應(yīng)用的掌握程度，期末試卷的成績占總成績的60%—70%，其他部分則是對能力的考核。能力考核包括日常小測驗及綜合能力的測試，例如在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中，首先在課堂上提出綜合設(shè)計性實驗和課程設(shè)計的題目，學(xué)生在課間可以自由組合，提出電路設(shè)計的思路，再由教師引導(dǎo)學(xué)生思考各方案的利弊及改進方法，給出綜合能力測試的成績，最后以實際教學(xué)證明這種方法能夠大大調(diào)動學(xué)生的積極性，促使學(xué)生踴躍發(fā)言，開闊思路，提升能力。

七、與留學(xué)生交流，互通有無

數(shù)字電路課程的教學(xué)對象除了國內(nèi)學(xué)生，還包括來自多個國家的留學(xué)生，這些留學(xué)生性格迥異，學(xué)習(xí)能力也不同。在課堂教學(xué)中應(yīng)采用自愿的原則，國內(nèi)學(xué)生及留學(xué)生可以到對方課堂上學(xué)習(xí)、交流。由于學(xué)校國內(nèi)學(xué)生和留學(xué)生教學(xué)進度不一樣，而且國內(nèi)學(xué)生基礎(chǔ)知識要扎實一些，因此教師可以安排部分優(yōu)秀的國內(nèi)學(xué)生作為助教，到留學(xué)生課堂聽課、指導(dǎo)實驗和課程設(shè)計。實踐證明這種交互的教學(xué)方式非常有效，學(xué)生進一步掌握了數(shù)字電路課程的基本理論和應(yīng)用，提高了英語水平，促進了不同國家間學(xué)生的文化交流。通過近幾年的教學(xué)改革與實踐，不斷完善多種教學(xué)手段，改革教學(xué)內(nèi)容和考核方式，使得課堂教學(xué)質(zhì)量得到提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升。在今后的教學(xué)中，還要與時俱進，緊隨數(shù)字電路發(fā)展的潮流，緊跟科技發(fā)展的前沿，不斷改革教學(xué)方法與手段，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。

參考文獻：

[1]王維，許青林，韓改寧.計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)數(shù)字電路教學(xué)改革研究[J].福建電腦，2012，（09）：33-34.

[2]嚴(yán)國紅，趙文來，張水英.基于Multisim和FPGA的數(shù)字電路實驗教學(xué)改革與研究[J].中國校外教育（中旬刊），2013，（z1）：227.

[3]王帥.數(shù)字電路設(shè)計課程教學(xué)改革研究[J].中國科技信息，2010，（19）：270-271.

Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course

XU Jin-li，GE Wen

（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，

Shenyang，Liaoning 110136，China）

Abstract：Aiming at the problems existing in the teaching of digital circuits，combined with teaching and practice of digital circuit course for years，the teaching content，teaching methods and assessment methods are discussed. The thinking of teaching reform of digital circuits course is puts forward.

Key words：digital circuits；teaching content；teaching methods；assessment methods