思維教學(xué)在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用

丁巖松　王曉麗　薛海鷹

【摘 要】作為電子技術(shù)學(xué)習(xí)中一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》起著舉足輕重的作用，有著較強(qiáng)的理論特點(diǎn)和工程實(shí)踐性。針對(duì)本門(mén)課在教學(xué)過(guò)程中存在的困難，結(jié)合一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新，以“模擬到數(shù)字”、“數(shù)學(xué)到邏輯”、“分立到集成”、“理論到實(shí)踐”四種思維方式的轉(zhuǎn)變貫穿課堂教學(xué)，達(dá)到了較好的授課效果。

【Abstract】As an important professional basic course of electronic technology learning， "Fundamental Digital Electronic Technique" has the pivotal status， there are theoretical characteristics and engineering practice. According to the difficulties in the teaching process of this course， and combining with the teaching experience， we innovate the teaching method， and change the thinking method using four methods of "from modeling to digital"， "from math to logic"，"from separation to integration"， "from theory to practice"， and throughout the change into the course teaching， to realize a good teaching effect.

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電子技術(shù)；模擬；分立；集成

【Keywords】digital electronic technology； simulation； separation； integration

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）01-0088-02

1 引言

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（以下簡(jiǎn)稱“數(shù)電”）是高等工科院校電氣類(lèi)、自控類(lèi)和電子類(lèi)專業(yè)在電子技術(shù)方面的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有自身的體系和很強(qiáng)的實(shí)踐性。

“數(shù)電”的前繼課程為模擬電子電路，后續(xù)課程是微型計(jì)算機(jī)原理，起著承上啟下的作用。如何學(xué)好這門(mén)課程？經(jīng)驗(yàn)來(lái)談，學(xué)生在經(jīng)過(guò)《電路》和《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》兩門(mén)課程的學(xué)習(xí)后，往往將“數(shù)電”的學(xué)習(xí)理解為物理電路的學(xué)習(xí)，其思維方式也還局限在連續(xù)、模擬概念上，沒(méi)有形成離散的、數(shù)字化的概念，缺乏對(duì)知識(shí)的思考和總結(jié)。而這種思維模式的轉(zhuǎn)變，也正是取決于教師的課堂引導(dǎo)[1]。因此，要教好和學(xué)好“數(shù)電”這門(mén)課，思維方式轉(zhuǎn)變必然成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中不容忽視的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，將思維方式的轉(zhuǎn)變歸納為以下幾點(diǎn)，即：“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變；“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變；“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變；“理論”到“實(shí)踐”的思維轉(zhuǎn)變。

2 思維方式的轉(zhuǎn)變

2.1 “模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變

由于一般院校的課時(shí)安排都是先開(kāi)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，幾周后《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》再開(kāi)課，學(xué)生容易搞不清楚這兩門(mén)課差別究竟在何處。因此，在“緒論”部分，應(yīng)該重點(diǎn)介紹“模擬”和“數(shù)字”的區(qū)別，使同學(xué)們有一個(gè)從“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變。

運(yùn)用直觀的方法，使學(xué)生將兩種截然相反的概念聯(lián)系在一起，要想建立數(shù)字概念，必須通過(guò)已經(jīng)掌握的“連續(xù)”概念來(lái)建立[2]。（表1）

模擬電路的重點(diǎn)是物理電路，而數(shù)字電路更多地強(qiáng)調(diào)邏輯分析的應(yīng)用。因此，課程學(xué)習(xí)的目的有兩個(gè)：其一是基本單元電路的學(xué)習(xí)；其二是數(shù)學(xué)邏輯思維的建立。其中，幫助學(xué)生建立起數(shù)學(xué)邏輯思維，不僅對(duì)解決學(xué)生數(shù)學(xué)電路難學(xué)、難理解問(wèn)題產(chǎn)生作用，對(duì)后續(xù)專業(yè)課的進(jìn)一步學(xué)習(xí)也意義重大。因此，在分清“模擬”與“數(shù)字”兩種信號(hào)及電路的區(qū)別基礎(chǔ)上，討論關(guān)于從“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變。

2.2 “數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變

數(shù)字電子分為數(shù)字邏輯技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)。前者是用數(shù)學(xué)方法研究和處理事件之間的邏輯關(guān)系，后者是研究數(shù)字邏輯的電路實(shí)現(xiàn)方法?！斑壿嫶鷶?shù)”只是分析數(shù)字電路的一個(gè)工具，“0”和“1”僅代表因果關(guān)系，而并非具有大小含義[3]?？梢越柚唧w的實(shí)例來(lái)適應(yīng)從數(shù)學(xué)思維到邏輯思維方式的轉(zhuǎn)變。

用生活中的常見(jiàn)實(shí)例來(lái)解釋“邏輯”的概念。

圖1所示為一路燈，三地各有獨(dú)立控制開(kāi)關(guān)，用A、B、C來(lái)表示。任意閉合一個(gè)開(kāi)關(guān)，燈亮；任意閉合兩個(gè)開(kāi)關(guān)，燈滅；三個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，燈亮。

因?yàn)闊糁挥袃煞N狀態(tài)（“亮”和“滅”）；三個(gè)開(kāi)關(guān)也各有兩種狀態(tài)（“打開(kāi)”和“閉合”），建立邏輯關(guān)系時(shí)，就可以用“1”和“0”來(lái)表示截然相反的兩種狀態(tài)。當(dāng)把一個(gè)工程問(wèn)題描述為數(shù)字邏輯系統(tǒng)時(shí)，就意味著不再關(guān)心數(shù)量的大小及相互影響，只關(guān)心各個(gè)事件間的邏輯關(guān)系。通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，加深了對(duì)“邏輯”一詞的理解，抓住了數(shù)字邏輯電路課程的特點(diǎn)，與數(shù)值大小無(wú)關(guān)。

2.3 從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大進(jìn)展，數(shù)字邏輯器件已在短時(shí)間內(nèi)從分立元件發(fā)展到中、小規(guī)模的集成電路，直到目前常用的大規(guī)模和超大規(guī)模的可編程邏輯器件（PLD）。

在前續(xù)的“電路”及“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門(mén)課程中對(duì)電子分立元件（如：電阻、電容、電感、二極管、三極管等）的內(nèi)在特性做了詳細(xì)介紹。在“數(shù)電”的學(xué)習(xí)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)放到中小規(guī)模集成電路上，用時(shí)引入大規(guī)模集成電路VLSI（包括PAL＼GAL＼FPGA＼

CPLD等）和簡(jiǎn)單VHDL語(yǔ)言的內(nèi)容以體現(xiàn)“新”。

大規(guī)格集成硬件集成電路集成——可編程邏輯器件（PLD）系統(tǒng)集成——片上系統(tǒng)（SoC）軟件設(shè)計(jì)——電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）

2.4 從“理論”到“實(shí)踐”的思維轉(zhuǎn)變

“數(shù)電”這門(mén)課具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。純粹的理論會(huì)使學(xué)生感覺(jué)枯燥乏味，而單純的應(yīng)用缺少扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也不可取。因此，在確保理論完整性的前提下，要把實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)能力的主要方式。學(xué)生可以通過(guò)課堂仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，盡可能多地了解數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法。改變傳統(tǒng)的僅獲取課本的理論知識(shí)就達(dá)到學(xué)習(xí)目的這一想法，盡可能多地接受與“數(shù)電”相關(guān)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，有助于學(xué)生建立工程思維觀念，從工程實(shí)際的角度去思考和處理問(wèn)題，用近似的和等效的觀點(diǎn)去分析事物，開(kāi)啟創(chuàng)造性思維方式。

3 結(jié)語(yǔ)

在“數(shù)電”課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)思維方式轉(zhuǎn)變是一個(gè)非常重要的過(guò)程，可以從整體上把握數(shù)字邏輯電路課程的基本思想，從而為深入理解所學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)思維方式的轉(zhuǎn)變，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字—邏輯—集成—實(shí)踐”思維模式的建立。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陳文楷，徐萍萍，崔剛. 《數(shù)字電子技術(shù)》課程體系和內(nèi)容改革的體會(huì)[J]. 華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（7）：39-40.

【2】劉曉娟.從“模擬”思維到“數(shù)字”思維——略論數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)中思維方式的引導(dǎo)[J].職教通訊，2005（8）：35-37.

【3】周偉英. 工科學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的改革與實(shí)踐—以“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程為例[J]. 中國(guó)電子教育，2011（1）：61-64.endprint