淺談在數(shù)字電路教學(xué)中培養(yǎng)工程能力

徐東 胡曉光 劉敬猛 王建華 張靜 張秀磊

摘要：數(shù)字電路教學(xué)的內(nèi)容和形式，在培養(yǎng)學(xué)生與時俱進的工程能力方面存在不足。文章討論了教學(xué)中存在的幾個關(guān)鍵問題：基礎(chǔ)知識的重要性和融入新的知識在學(xué)時上存在矛盾，相關(guān)課程之間內(nèi)容協(xié)調(diào)會影響教學(xué)效果，實踐能力不足需要彌補解決。通過探討這些問題的解決方法，希望能夠?qū)μ岣邤?shù)字電路的教學(xué)水平有些益處。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路;工程能力;課程聯(lián)系;教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）40-0225-02

一、引言

數(shù)字電路是高等院校工科教學(xué)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在電類課程體系中具有舉足輕重的作用。大學(xué)里，工科專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)習(xí)幾門“電類”的課程。專業(yè)不同，課程要求的深度會有差別.從知識體系來看，數(shù)字電路這門課程，在電類課程的知識樹中，處于承上啟下的關(guān)鍵位置[1，2]。以電路分析和模擬電路為基礎(chǔ)，數(shù)字電路探討以數(shù)字信號為基礎(chǔ)的邏輯和時序的關(guān)系，是計算機技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，數(shù)字電路是計算機原理、編程語言、計算機軟件等課程的先修課程。

工科學(xué)校學(xué)生需要培養(yǎng)的關(guān)鍵能力是工程能力。《中國工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》中列出了本科生畢業(yè)應(yīng)該達到的12條要求[3]。對照這些，學(xué)生通過該課程的學(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[4，5]。目前，數(shù)字電路的教學(xué)還存在一些問題。數(shù)字電路課程內(nèi)容豐富，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理解所學(xué)知識，難以跟上教師的節(jié)奏，導(dǎo)致他們失去學(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，數(shù)字電路課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和形式已遠遠不能滿足社會需要[6]。本文將針對工程能力培養(yǎng)方面存在的一些問題做些討論，希望能夠拋磚引玉。

二、內(nèi)容更新和傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識的矛盾

數(shù)字電路是較為傳統(tǒng)的課程，內(nèi)容仍舊是十幾年前的理論知識。這些知識對于建立數(shù)字電路的知識系統(tǒng)和理論結(jié)構(gòu)，是很重要的。而目前的數(shù)字電路以大規(guī)模和大數(shù)據(jù)的集成電路為主。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)幾乎覆蓋社會的各個領(lǐng)域。如果我們不考慮如何改進課程內(nèi)容，夯實學(xué)生知識結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)學(xué)生的就業(yè)需求，教學(xué)發(fā)展就難于跟上時代步伐，課堂教學(xué)效率自然也就下降，并違背了現(xiàn)代高校“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念。

典型的例子是硬件編程語言如何在數(shù)字電路中的講授問題。由于可編程器件的發(fā)展，硬件編程語言已經(jīng)成為數(shù)字邏輯的一種重要描述方式，在教學(xué)中應(yīng)該有所體現(xiàn)。然而，如果講授Verilog這樣的語言，如何在有限的學(xué)時中能夠講授清楚，如何保證基本數(shù)字電路概念不受影響，這是一個矛盾的問題。針對這個問題，有效的解決方法是用硬件編程語言進行典型組合和時序電路的設(shè)計，以例子引導(dǎo)學(xué)生理解這種描述方式和邏輯電路的關(guān)系。由于學(xué)時的占用，弱化74系列集成電路的講解，而是以典型組合和時序電路模塊的形式討論其原理和應(yīng)用特點，重點要讓學(xué)生理解邏輯和時序的基本概念。

三、相關(guān)課程聯(lián)系松散，目標(biāo)不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一

建立完善的電類知識體系，是學(xué)生提高工程能力的重要基礎(chǔ)。數(shù)字電路和模擬電路、單片機這些專業(yè)課之間的聯(lián)系不夠緊密，缺乏統(tǒng)一的目標(biāo)，對教學(xué)效果產(chǎn)生消極的影響。往往是學(xué)習(xí)一門課程之后就立刻考試，學(xué)生也就很快投入緊張的復(fù)習(xí)之中，等學(xué)生拿到該課程的學(xué)分后就不再對此項課程進行回顧和歸納分析，而是立馬投入下一個專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。這樣一門課結(jié)束接著另一門課的學(xué)習(xí)，使得各專業(yè)課之間缺乏有機統(tǒng)一的聯(lián)系，學(xué)生也感到學(xué)習(xí)內(nèi)容多而散。

在教學(xué)內(nèi)容的組織過程中，充分考慮數(shù)字電路、模擬電路和微機原理承接的特點，教學(xué)內(nèi)容做到知識點的統(tǒng)籌兼顧，能夠鞏固先修課程所學(xué)知識，又為后續(xù)課程做好充分的準(zhǔn)備工作。數(shù)字電路與其他課程之間的知識脈絡(luò)關(guān)系如圖1所示。高等教育的數(shù)學(xué)和物理是工程類學(xué)科的通識基礎(chǔ)，電路分析和模擬電路是數(shù)字電路的先修課程。數(shù)字電路的知識掌握清楚了，才可以學(xué)習(xí)計算機類課程，比如微機原理。學(xué)生打好了這些課程基礎(chǔ)，根據(jù)工程背景進行項目開發(fā)，才能解決復(fù)雜的工程問題。

首先，用一個學(xué)期做教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和統(tǒng)籌安排。幾門課程的老師同時規(guī)劃課堂內(nèi)容，相關(guān)章節(jié)同步備課，內(nèi)容做到統(tǒng)籌安排，承前啟后。其次，教學(xué)內(nèi)容的安排將基礎(chǔ)知識和學(xué)科前沿知識相結(jié)合，如把邏輯代數(shù)、門電路及電路的基本分析方法和設(shè)計方法作為重點，同時為學(xué)生介紹集成電路的制造工藝、發(fā)展前景等與學(xué)科相關(guān)的前沿知識，結(jié)合目前先進的ARM處理器技術(shù)，介紹數(shù)字電路的基本模塊如何應(yīng)用于當(dāng)前的數(shù)字系統(tǒng)。最后，任課教師要對教學(xué)內(nèi)容進行時間同步細(xì)化，制定出教學(xué)日歷。教學(xué)日歷要詳細(xì)規(guī)劃每個學(xué)時的內(nèi)容，課程之間各內(nèi)容設(shè)計的相關(guān)性，并設(shè)計具有知識關(guān)聯(lián)性的課堂例題和作業(yè)習(xí)題。

四、課堂學(xué)習(xí)和工程實踐脫節(jié)

目前，數(shù)字電路的教學(xué)是以理論為主、實驗教學(xué)為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式。教學(xué)內(nèi)容缺乏對工程實際問題的深入研究。剛剛從事教師職業(yè)的新講師理論知識豐富，但實踐應(yīng)用相對欠缺，顯得經(jīng)驗不足。這些情況所體現(xiàn)的矛盾影響學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對知識的掌握能力，不能適應(yīng)時代發(fā)展的環(huán)境。

教學(xué)過程要將理論與實踐相結(jié)合，重點培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。理論教學(xué)是為了能夠指導(dǎo)實踐，實踐又可以對理論教學(xué)起促進作用。在教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)，理論與實踐應(yīng)緊密結(jié)合，在理論教學(xué)中使學(xué)生初步具備看懂電路圖、設(shè)計電路圖的能力，在實踐中充分讓學(xué)生用理論指導(dǎo)實踐，加深學(xué)生對理論知識的理解與應(yīng)用。

改變目前實驗課程和理論課程分別開設(shè)的不足，理論課和實驗課統(tǒng)籌安排，緊密耦合，共同促進以學(xué)生為中心、工程實踐為重點的教學(xué)思想。

五、結(jié)論

數(shù)字電路是一門面向工程應(yīng)用的課程。因此，教學(xué)中要充分考慮如何提高學(xué)生的工程能力。現(xiàn)在，高等學(xué)校數(shù)字電路的教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容在這方面還有欠缺，存在一些問題。針對這些問題探討有效解決方案，將使學(xué)生既能清晰基本概念，又能緊跟相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，為將來步入工作崗位做好充分準(zhǔn)備。

參考文獻：

[1]馬學(xué)條，程知群，陳龍.數(shù)字電路虛擬仿真實驗教學(xué)改革研究[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（10）：121-124.

[2]欒慶磊，朱達榮.工程背景下數(shù)字電路實驗教學(xué)研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2016，14（06）：167-172.

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[5]張京玲，王天雷，王玉青，梁淑芬.基于混合式教學(xué)的“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”改革[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（25）：38-39+41.

[6]楊芳，張乾.模擬電路與數(shù)字電路課程改革探討[J].亞太教育，2016，（35）：164.