應(yīng)用型本科數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)改革

楊廷來

【摘 要】數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程的教學(xué)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累，教學(xué)過程和教學(xué)方法基本都已有了成熟模式，各大工科院校關(guān)于該門課程的精品課程也有不少。但因?yàn)閼?yīng)用型本科或?qū)？圃盒５膶W(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱，接受能力和學(xué)習(xí)能力有限，導(dǎo)致常規(guī)教學(xué)方法和教學(xué)模式在應(yīng)用型本科或?qū)？圃盒?shí)施起來卻不太順利。本文就應(yīng)用型本科或?qū)？圃盒５臄?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)提出了應(yīng)用教學(xué)方法，以更好地適應(yīng)學(xué)生。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工作以及軟件工程等計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該門課程是對(duì)其先修課程為電工電子學(xué)的深入和鞏固，是其后續(xù)課程計(jì)算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)，故該門課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)的硬件課程體系中起著承上啟下的作用，如果學(xué)生不能較好的掌握對(duì)該門課程，對(duì)后續(xù)的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)以及后續(xù)計(jì)算機(jī)組成原理課程產(chǎn)生較大的影響。

然而對(duì)于應(yīng)用型本科或者?？圃盒５膶W(xué)生而言，他們基礎(chǔ)相對(duì)較為薄弱，學(xué)習(xí)能力和接受能力有限，而該門課程作為硬件基礎(chǔ)課程，雖然知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較少，電路也相對(duì)簡單，理論課的知識(shí)基本能夠掌握，但實(shí)驗(yàn)課卻不太理想。雖然從課本的電路圖到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)箱的接線，或者是從接線圖到實(shí)際動(dòng)手接線都是一一對(duì)應(yīng)，非常直觀，實(shí)驗(yàn)順利的學(xué)生又覺得沒意思，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)故障的不順利的時(shí)候，部分學(xué)生會(huì)向老師求助，而剩下的要么胡亂操作，要么直接放棄，打擊學(xué)生自信心和學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。

一、目前數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的教學(xué)方法分析

當(dāng)前數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的教學(xué)模式主要分為課堂教學(xué)、課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，其中課堂教學(xué)主要采用理論分析、知識(shí)點(diǎn)講解、以及例題分析，然后布置課后作業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)行課后練習(xí)以掌握應(yīng)知應(yīng)會(huì)的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，通常是老師講解或者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示后，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)是以加深學(xué)生對(duì)該門課程的理解和深入學(xué)習(xí)，應(yīng)用數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程知識(shí)完成課題任務(wù)的設(shè)計(jì)，一般采用multisim軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。

上述課堂教學(xué)只能讓學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，而當(dāng)學(xué)生在實(shí)際中遇到問題時(shí)，卻一臉茫然，不知所措。這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中便凸顯出來，雖然給予學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行，如何接線，但學(xué)生操作起來，便只會(huì)依葫蘆畫瓢，一旦實(shí)驗(yàn)不成功，或者出現(xiàn)偏差，就不知道如何查找問題，如何解決問題。同時(shí)，還有部分同學(xué)按照原理圖接好線，然后記錄結(jié)果，正好與理論相符，覺得太簡單、太容易了，沒意思。于是出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)成功的覺得沒意思，實(shí)驗(yàn)失敗的覺得好難，不管是哪一種，都沒有真正的掌握透徹應(yīng)知應(yīng)會(huì)的東西。

二、故障排除教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用

為了讓學(xué)生除了掌握應(yīng)知應(yīng)會(huì)的知識(shí)點(diǎn)外，還能夠多掌握一定發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法，讓數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課教學(xué)效果稍微好一點(diǎn)，本文提出將故障教學(xué)應(yīng)用到課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中除了學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，學(xué)習(xí)一些解決問題的方法，然后將這些方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行練習(xí)，并在實(shí)際操作中掌握發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，提高學(xué)生的自信心，加深學(xué)習(xí)興趣。

（一）課堂教學(xué)中的應(yīng)用

作為一門硬件課程，硬件的連接難免出現(xiàn)各種各樣的故障，而純理論的教學(xué)基本都是基于理想情況下進(jìn)行的，如果只掌握理論知識(shí)，掌握的再好，也無異于紙上談兵，這一點(diǎn)在學(xué)生期末完成課程設(shè)計(jì)的時(shí)候就凸顯出來了。讓學(xué)生完成單獨(dú)一個(gè)芯片的仿真，有學(xué)生不知道芯片的輸入信號(hào)怎么給，輸出信號(hào)又該接到哪里去，出現(xiàn)問題了更是不知道如何檢查排錯(cuò)。

因此，將各種電路故障引入到教學(xué)中，學(xué)生方才知道課堂上講的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)哪里來、哪里去。如此便能使學(xué)生能夠清晰直觀的通過仿真和故障排除的仿真教學(xué)，理解理和掌握理論知識(shí)。尤其是對(duì)于基礎(chǔ)較為薄弱，對(duì)實(shí)際電路沒有接觸過的應(yīng)用型本科院校的學(xué)生而言，面對(duì)一個(gè)小的故障，也許都不知所措，所以在課堂上提前進(jìn)行故障分析，讓學(xué)生有所了解，掌握故障的排除和解決方法是很有必要的。

下面以數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程入門必須掌握的74ls138譯碼器為例。在課堂教學(xué)中，往往只會(huì)講輸入高低電平（1/0），學(xué)生往往不會(huì)接下拉電阻，而是以為開關(guān)撥上去閉合就是接+5V為邏輯1，斷開就是邏輯0，。而實(shí)際上斷開輸入引腳是懸空狀態(tài)，而非接地（邏輯0）。

故障分析教學(xué)，例如如果74ls138譯碼電路的Y0-Y3可以正常譯碼顯示，而Y4-Y7無法正常譯碼顯示，分析該電路可能出現(xiàn)故障的地方以及故障確定方法。因?yàn)?-8電路輸入三位二進(jìn)制，低兩位可以正常譯碼，Y4往后無法譯碼，則可能是輸入信號(hào)C端沒有高電平，用萬用表測(cè)量C引腳電壓即可。如果C腳電壓正常，則測(cè)量100～111譯碼后對(duì)應(yīng)的Y4- Y7引腳的電壓，如果正常譯碼則可能LED1有問題，否則74ls138譯碼器損壞。

類似于上面簡單實(shí)用的故障分析及故障確定的方法，能夠讓學(xué)生跳出枯燥的純理論學(xué)習(xí)和解題的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生的“工程師”思想，即發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，確定問題并解決問題的思維和能力。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

課堂上使用故障分析教學(xué)方法，將分析問題的思維帶給學(xué)生后，在實(shí)際電路操作實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能夠使用這種思維去解決實(shí)驗(yàn)中遇到的電路故障，但有些問題卻用課堂上的知識(shí)無法直接解決，比如關(guān)于引腳懸空的問題，。課堂上懸空引腳一般默認(rèn)我輸入邏輯0，但實(shí)際電路中，有些電路卻默認(rèn)為高電平，比如二輸入與門、三輸入與門、當(dāng)只給其中一個(gè)輸入引腳接入高電平（+5V），二輸入或門接低電平（0V）時(shí)，輸出都是高電平，說明懸空的引腳都是默認(rèn)的高電平，而非低電平。

同時(shí)，通過課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠讓學(xué)生意識(shí)到，電路中的輸入信號(hào)如果不用，一般是不可以懸空的，除了上述的默認(rèn)高電平還是低電平的問題以外，還有就是輸入信號(hào)引腳懸空，容易受到外界的干擾。

三、改革效果

通過將故障排除教學(xué)法引入到課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，效果良好。課堂上不再是純粹的理論，學(xué)生不再認(rèn)為簡單的認(rèn)為知道理論就可以了，通過故障排查和故障解決，激發(fā)了學(xué)生在課堂上查找問題和解決問題的興趣。在找問題、解決問題的過程中，將理論知識(shí)掌握的更牢固。該方法尤其是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)的最為明顯，學(xué)生逐漸變得積極參與，認(rèn)真對(duì)待，重點(diǎn)是不再是一出故障就只會(huì)找老師請(qǐng)教，開始學(xué)會(huì)自己查找問題和解決問題。

四、結(jié)束語

對(duì)于應(yīng)用型本科學(xué)生的教學(xué)，純理論知識(shí)的學(xué)習(xí)讓學(xué)生學(xué)的較為痛苦，應(yīng)跟多的與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生切實(shí)的去看到和感受到理論和實(shí)踐之間的關(guān)系，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐補(bǔ)充理論。理論武裝大腦，實(shí)踐提高興趣，并將知識(shí)深入的理解到位，這正是我們教學(xué)的目的。

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