數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程線上平臺的建設(shè)與研究

姚雪+王杰

摘要：針對數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式與方法存在的以下不足。第一，學(xué)生對數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電路原理圖設(shè)計(jì)重視不夠；第二，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排比較緊張；第三，實(shí)驗(yàn)課后的交流與小結(jié)環(huán)節(jié)沒有有效開展。擬采用線上平臺解決上述問題，可以充分發(fā)揮教師主導(dǎo)，學(xué)生主體作用，將學(xué)生的被動接受轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，將知識的單向傳遞轉(zhuǎn)化為師生間的互相交流，甚至實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)；線上平臺；翻轉(zhuǎn)課堂

一、 引言

數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，屬于重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，該課程對應(yīng)的理論課程在電子信息工程專業(yè)人才的培養(yǎng)中起著關(guān)鍵的作用。而實(shí)驗(yàn)課程是對理論課程的輔助和補(bǔ)充，希望通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生更好地理解和掌握該門理論課程，本人在從事數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和方法存在以下不足：第一，學(xué)生對數(shù)字電路的電路原理圖設(shè)計(jì)重視不夠。作為一門數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程的配套實(shí)驗(yàn)課程，該門實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)對實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)不夠，實(shí)驗(yàn)過程中大多數(shù)字電路原理圖不是由學(xué)生自行查找芯片資料進(jìn)行事先設(shè)計(jì)的，而是在實(shí)驗(yàn)課上由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師直接給出的。第二，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排比較緊張。存在很大一部分學(xué)生無法按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容的情況。第三，實(shí)驗(yàn)課后的交流與小結(jié)環(huán)節(jié)基本沒有開展。目前，實(shí)驗(yàn)課后的總結(jié)主要是由學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫和書面形式進(jìn)行，很少能與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行溝通。

基于以上的教學(xué)現(xiàn)狀分析，如果采用線上平臺可以很好地解決上述問題?？梢园l(fā)揮教師主導(dǎo)，學(xué)生主體作用，將學(xué)生的被動接受轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，將知識的單向傳遞轉(zhuǎn)化為師生間的互相交流，甚至實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。

二、 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程線上平臺的建設(shè)方案

（一） 采用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，主要分為以下四個(gè)步驟：

第一步，指導(dǎo)教師通過線上平臺向?qū)W生公布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括電路設(shè)計(jì)提示，設(shè)計(jì)要求和實(shí)驗(yàn)思考題；第二步，指導(dǎo)教師要求學(xué)生以小組為單位在上課之前完成電路的設(shè)計(jì)，包括畫出電路圖，下載所用芯片的資料；第三步，要求學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)平臺完成對自己設(shè)計(jì)電路正確性的驗(yàn)證，并記錄測試數(shù)據(jù)；第四步，通過線上平臺進(jìn)行交流討論，并完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。

第一步旨在提高學(xué)生對數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電路原理圖設(shè)計(jì)重視程度；第二步的過程中，可以使學(xué)生完成對基礎(chǔ)知識的梳理與掌握，完成電路設(shè)計(jì)；與此同時(shí)，還可以鍛煉學(xué)生信息檢索的能力，學(xué)生在查找芯片資料的過程中，可能需要經(jīng)過以下三個(gè)步驟：第一，需要確定你所需芯片的生產(chǎn)廠商；第二，需要在其官網(wǎng)上下載芯片的數(shù)據(jù)手冊；第三，需要學(xué)生在數(shù)據(jù)手冊及其相關(guān)資料上獲得有用信息，諸如芯片的電氣特性，引腳分布，時(shí)序特性，價(jià)格。通過第四步，彌補(bǔ)了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中只提供實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告的不足，增加了課后進(jìn)行交流溝通的平臺和機(jī)會。

（二） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要反映以下工作：本次實(shí)驗(yàn)的目的；涉及的相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理；設(shè)計(jì)的一位二進(jìn)制全加器電路圖；設(shè)計(jì)的利用超前進(jìn)位加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算電路；選用芯片的數(shù)據(jù)手冊（附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后面）；利用實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證的設(shè)計(jì)電路的測試數(shù)據(jù)；課上和課后利用新媒體進(jìn)行設(shè)計(jì)電路交流的心得體會；實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

（三） 實(shí)驗(yàn)教學(xué)考試考核標(biāo)準(zhǔn)

此次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考試考核，緊緊圍繞教學(xué)目的進(jìn)行開展：首先是學(xué)生對知識的掌握熟練度占40%，主要從電路設(shè)計(jì)的正確性，以及在電路測試過程中實(shí)驗(yàn)速度的快慢兩個(gè)內(nèi)容進(jìn)行考察；其次是學(xué)生信息檢索的有效性占30%，主要從學(xué)生是否能正確下載芯片數(shù)據(jù)手冊和快速從數(shù)據(jù)手冊中獲取有用信息等方面進(jìn)行考察；最后是交流總結(jié)過程中學(xué)生參與的積極性，這個(gè)方面占30%，主要從在利用遠(yuǎn)程演示時(shí)交流的積極性以及實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告和思考題的完成度上進(jìn)行考察。

（四） 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的創(chuàng)新

此次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新體現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一，是不直接向?qū)W生給出可能需要用到芯片的資料，而是要求學(xué)生自主選擇，查找芯片資料，進(jìn)而達(dá)到鍛煉學(xué)生信息檢索的能力，提升學(xué)生在信息查找、獲取、篩選方面的綜合素質(zhì)；第二，改變以往在實(shí)驗(yàn)課堂上僅采用實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告進(jìn)行討論交流的模式，采用線上平臺實(shí)現(xiàn)交流溝通，這種新興的交流方式更容易被學(xué)生接受，能有效地激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣。

三、 一位二進(jìn)制全加器實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

第一步，公布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給出電路設(shè)計(jì)提示。在上課前給出3種可能實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制全加器的電路設(shè)計(jì)方案，學(xué)生可以根據(jù)任意一種提示完成電路設(shè)計(jì)，當(dāng)然學(xué)生也可以不采用這3種方案另外采取其他可能完成一位二進(jìn)制全加器的設(shè)計(jì)的方案。電路設(shè)計(jì)提示如下：利用公式法對標(biāo)準(zhǔn)與或式化簡——可用兩輸入異或門和兩輸入與非門實(shí)現(xiàn)；利用譯碼器實(shí)現(xiàn)一位全加器——可用138譯碼器和四輸入與非門實(shí)現(xiàn)；利用多路選擇器實(shí)現(xiàn)一位全加器——可用數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)。第二步，學(xué)生以小組為單位在上課之前完成電路的設(shè)計(jì)，包括畫出電路圖，下載所用芯片的資料。第三步，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)平臺完成對自己設(shè)計(jì)電路正確性的驗(yàn)證，并記錄測試數(shù)據(jù)。第四步，通過線上平臺進(jìn)行交流討論，并完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。

四、 結(jié)語

通過對當(dāng)前數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，能有效地提高學(xué)生以下三個(gè)方面的能力：首當(dāng)其沖的是對知識的理解，掌握及其應(yīng)用，掌握數(shù)字電路連接，調(diào)試，測試的基本方法；其次是提升學(xué)生信息檢索的能力，在高度信息化的今天，如何從紛繁的信息中快速查找，獲取有價(jià)值的信息將會是決定一個(gè)人是否能取得成功的關(guān)鍵因素之一；最后是通過線上平臺培養(yǎng)了學(xué)生交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作等綜合能力。

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