數(shù)字電路課程教學(xué)改革的思考與探索

摘 要：本文針對數(shù)字電路傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的理論與實踐脫節(jié)，教學(xué)手段不能滿足現(xiàn)代復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)等問題，提出了將項目式教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合、引入硬件描述語言等措施，從而激發(fā)學(xué)生能動性，增強(qiáng)課程體系建設(shè)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 教學(xué)改革 硬件描述語言

引言

作為電子電氣、計算機(jī)應(yīng)用等信息類專業(yè)的重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課之一的數(shù)字電路，該課程主要介紹數(shù)字電路的基本概念、基本電路的工作原理和基本分析方法；主要包括組合電路和同步時序電路的分析與設(shè)計方法、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法、可編程邏輯器件及其應(yīng)用等內(nèi)容。課程任務(wù)不但包含定性的分析，還包含工程計算或設(shè)計方法。配以相應(yīng)的練習(xí)使學(xué)生具備分析和設(shè)計數(shù)字邏輯系統(tǒng)的能力。[1]

一、課程現(xiàn)狀與改革的必要性

1.課程現(xiàn)狀

數(shù)字電路課程作為電子信息學(xué)科的重要核心，是數(shù)字技術(shù)應(yīng)用相關(guān)課程的基礎(chǔ)課和必修課。我校選用康華光主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》作為課程教材，知識主體推陳出新，實驗方面也頗具特色。但隨著當(dāng)代數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字電路在人們的生活中處處可見，在科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，更是起著龍頭作用，而計算機(jī)的普及，也為大學(xué)生們提供了良好的學(xué)習(xí)平臺。這就使得傳統(tǒng)的數(shù)字電路課程的教學(xué)方法與時代脫節(jié)嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）“黑板+粉筆+實驗”的教學(xué)方式不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

目前，各普通高校在數(shù)字電路的教學(xué)過程中仍沿用過去的“填鴨”式教育方法，滿堂灌的方式并未真正確立學(xué)生在課堂上的主體地位。有趣的課程也會變得無趣。傳統(tǒng)的教學(xué)方式使得學(xué)生雖然掌握了數(shù)字邏輯基礎(chǔ)知識，會做作業(yè)，但具體能做什么，在解決實際電路出現(xiàn)的問題時，學(xué)生任然存在困難。[2]

（2）理論聯(lián)系實際不夠使得學(xué)與用嚴(yán)重脫節(jié)

數(shù)字電路知識內(nèi)容的系統(tǒng)性和理論性很強(qiáng)，課程教學(xué)總時數(shù)為64，其中實驗學(xué)時數(shù)為10，在短短的幾次實驗課中使學(xué)生掌握工程實踐能力，難于登天。盡管后期還有電子技術(shù)的課程設(shè)計，但它是另外一門課程不說，還兼顧模擬電路與數(shù)字電路兩門課程，對大幅度提高學(xué)生的實踐能力也很困難。

2.改革的必要性

數(shù)字電路作為數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用的入門課程，后續(xù)還會開設(shè)微機(jī)原理、EDA、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程。如果學(xué)生在初級階段就興趣不高，不能培養(yǎng)工程實踐能力，沒有養(yǎng)成良好的系統(tǒng)分析與設(shè)計習(xí)慣等，都會對后期學(xué)習(xí)乃至工作有重要影響。同時存在的問題就是數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用類課程，雖然系統(tǒng)上是統(tǒng)一的，在由于教學(xué)方法的陳舊及后續(xù)產(chǎn)生的各種問題，都直接導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這些課程時前后脫節(jié)，無法將所學(xué)內(nèi)容融會貫通，破壞了知識體系的完整性。

傳統(tǒng)數(shù)字電路的教學(xué)方式過于重視基本原理和方法的推導(dǎo)，而對學(xué)生實際應(yīng)用能力和動手能力鍛煉較少。另外，在課程考核方面也是更偏重于理論知識的考核，一張試卷定能力對學(xué)生的全方位能力考查有所偏頗。因此，對數(shù)字電路課程的教學(xué)改革勢在必行。

二、改革思路與措施

1.將項目式教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合

傳統(tǒng)教學(xué)更注重教師對理論知識的分析，將實際工程項目引入課堂，既可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考，又可以檢驗學(xué)生對知識的掌握情況，從而提高學(xué)生的工程實踐能力。例如，在學(xué)習(xí)組合邏輯集成電路時，簡要介紹要學(xué)習(xí)的芯片類型、功能后，引入八路搶答器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。

在講解系統(tǒng)時指出相應(yīng)的課程中的集成芯片，如選手輸入對應(yīng)二進(jìn)制編碼器，輸出顯示對應(yīng)帶鎖存的顯示譯碼器等。將此系統(tǒng)作為課程作業(yè)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)知識點(diǎn)后，用multisim軟件完成系統(tǒng)電路的設(shè)計并進(jìn)行仿真。最后在課程設(shè)計時用硬件實現(xiàn)該電路。通過這種方法，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。[3]

2.引入硬件描述語言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以硬件描述語言（Verilog或VHDL）所完成的電路設(shè)計，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進(jìn)行測試，是現(xiàn)代 IC設(shè)計驗證的技術(shù)主流。數(shù)字電路的后續(xù)課程EDA技術(shù)中采用的方式方法可適當(dāng)引用本課程。而且數(shù)字電路課程本身圖表較多，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有一定的困難。在課程教學(xué)中可以利用各種仿真軟件（如Quartus Ⅱ軟件）、多媒體教學(xué)等現(xiàn)代化教學(xué)手段，將復(fù)雜的圖表直觀、形象地展示出來，不僅便于教師的講解和學(xué)生的學(xué)習(xí)，而且還將大大增加課堂的信息量。例如，介紹全加器時，先與學(xué)生共同討論全加器功能，然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計，在對設(shè)計進(jìn)行糾正后，采用Verilog語言在Quartus Ⅱ軟件上進(jìn)行仿真。仿真如圖2所示。

對Quartus Ⅱ軟件及硬件描述語言的引入，不僅拓展了學(xué)生的知識信息，也使學(xué)生對后續(xù)課程有所了解，增強(qiáng)了知識體系的完整性和系統(tǒng)性。

結(jié)語

數(shù)字電路課程在整個培養(yǎng)體系中起到承上啟下的重要作用。本文探論了數(shù)字電路課程教學(xué)改革的一些方法和措施，旨在提高學(xué)生的能動性、創(chuàng)造性，為復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)模式和思路起到一定的積累和探索作用。

參考文獻(xiàn)

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006

[2]程鴻，李曉輝. 數(shù)字電路課程教學(xué)改革初探[J].科技教育創(chuàng)新. 2011， Vol18， No： 143～144

[3]羅杰，左冬紅，張林.數(shù)字電路、微機(jī)原理類課程改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報.2016，Vol 38 No 5 30～33

作者簡介

郭穎（1981—）女，河北霸州人，講師，碩士，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用與測控系統(tǒng)研究endprint