基于有序腦圖反饋修正的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)改革初探

畢 雪

（西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院 四川·成都 610039）

1 反饋修正的教學(xué)模式

數(shù)字電子技術(shù)是針對強電和弱電專業(yè)學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯設(shè)計知識而開設(shè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。它是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的重要基礎(chǔ)學(xué)科。數(shù)字電子技術(shù)是一門理論與實際緊密聯(lián)系的課程，具有發(fā)展速度快、理論抽象等特點。該課程教學(xué)效果的好壞直接影響后續(xù)一些專業(yè)課程的教學(xué)。

近年來，各高校意識到數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題，因此積極采取措施，針對數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)進(jìn)行針對性改進(jìn)，力求有效提高數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的整體水平。傳統(tǒng)的教學(xué)手段，以老師為主題，學(xué)生被動接受為框架，教學(xué)效果不理想，學(xué)生對于邏輯抽象，芯片的具體應(yīng)用能力差，不能適應(yīng)日益變化的學(xué)習(xí)和就業(yè)形勢。本文針對數(shù)字電子技術(shù)，學(xué)生興趣不高，涉及的課程內(nèi)容抽象等問題，通過對教學(xué)手段和方法做了改進(jìn)，結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的理論教學(xué)，提出基于“有序腦圖”的反饋修正的教學(xué)方法應(yīng)用于教學(xué)過程取得了較好的效果。

英語中反饋，即機(jī)械過程中“返回到早先的狀態(tài)”。在19世紀(jì)60年代開始在美國使用。在1909年，諾貝爾獎獲得者卡爾·布勞恩開始將“feed-back”這個短語作為名詞來使用，表示電路中元件之間的耦合。至今，反饋是控制論的基本概念，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，它們之間存在因果關(guān)系的回路，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程。在數(shù)字電子技術(shù)的預(yù)備課——模擬電子技術(shù)里曾深入探討和學(xué)習(xí)反饋的含義。修正是指在學(xué)習(xí)過程中，根據(jù)知識的反饋結(jié)果做進(jìn)一步修正，以實現(xiàn)對抽象概念的理解。

數(shù)字電子技術(shù)課程鮮明的特點是所需要學(xué)習(xí)的芯片數(shù)量多，每個芯片的功能大都不相同，不同芯片之間如何整合利用以實現(xiàn)具體的功能更是難上加難。針對這一問題，本文提出以芯片為對象，建立腦圖，以反饋修正為方法有效解決對單一芯片以及芯片之間整合問題，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

2 數(shù)字電子技術(shù)的教改措施

2.1 建立基于單一芯片為對象的腦圖

采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和方法，使得數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)靈活、生動而高效。傳統(tǒng)的板書授課存在一定的局限性，速度慢而且不夠形象直觀，影響授課效果，而利用多媒體授課，可以使數(shù)字電路的教學(xué)變得省時省力。對于比較復(fù)雜的電路圖、真值表，教師可以采用幻燈片的形式直接放映，再進(jìn)行詳細(xì)講解，也可以采用合適的計算機(jī)軟件，將波形圖、時序圖以動畫或者仿真的形式展示給大家，節(jié)省了大量的時間，令抽象的理論知識變得更加生動而容易接受，從而提高教學(xué)效率。雖然幻燈片速度快，對于高度邏輯抽象的知識，學(xué)生理解起來也會比較吃力。因此，不僅將傳統(tǒng)教學(xué)和現(xiàn)代化教學(xué)相結(jié)合，通過讓學(xué)生畫腦圖以引入主動學(xué)習(xí)機(jī)制。不僅提高學(xué)生的主動性和能動性，而且對實現(xiàn)對抽象知識的多角度多尺度理解。

在授課過程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)了14個芯片，分別涉及到編碼器，譯碼器，數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)值比較器，鎖存器，計數(shù)器，觸發(fā)器，寄存器，555定時器，D/A轉(zhuǎn)換器。首先每涉及到一個新的芯片，就會讓學(xué)生在固定的一頁（成為X頁）寫上該芯片的名字，類型和對應(yīng)書上的頁碼。這一過程可較好實現(xiàn)對課堂所學(xué)知識的深入和自我反饋以及對錯誤之處的修正。

以74LS138集成3線8線譯碼器為例介紹。作為一個典型的譯碼器，邏輯表達(dá)式和功能表未講授以前，就會讓學(xué)生在X頁寫上74LS138集成3線8線譯碼器的名稱，功能以及所在的頁碼以建立索引。只有發(fā)揮好教師的主導(dǎo)作用，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力才能逐步培養(yǎng)起來。任課教師完全沒有必要以單向活動的方式去傳授要掌握的基礎(chǔ)知識和重點，而是在教學(xué)過程中，通過讓學(xué)生制作腦圖使學(xué)生建立適合自己的數(shù)電知識體系。在教學(xué)過程中輔導(dǎo)學(xué)生不斷完善腦圖并適時總結(jié)，從而提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的基本素質(zhì)。課后會讓學(xué)生以X頁為基本頁，利用網(wǎng)絡(luò)資源搜索課堂上未曾涉及過的知識以及與其他芯片整合的相關(guān)知識。

2.2 以單一芯片為點，構(gòu)成芯片整合的圖

課程在進(jìn)入半期之后，在X頁所列出的芯片數(shù)量為8個。在此基礎(chǔ)上，該8個點可構(gòu)成一張簡單的圖。該圖為有向圖，方向代表芯片之間的級聯(lián)整合。半期以后，以小組為單位，完成較為復(fù)雜的“有序腦圖”。腦圖的直觀特性課實現(xiàn)對每個相關(guān)聯(lián)芯片的知識點進(jìn)行比較，幫助學(xué)生了解知識點之間的異同，引導(dǎo)學(xué)生觸類旁通，從而舉一反三，有助于知識的靈活掌握和應(yīng)用。例如：集成譯碼器74HCl38和集成數(shù)據(jù)選擇器74HC151都可用作邏輯函數(shù)產(chǎn)生器。此時通過“有序腦圖”可引導(dǎo)學(xué)生比較這兩種芯片在接線方式上的差異。

教師在教學(xué)活動中要多方面地創(chuàng)造條件，通過有序腦圖的帶動作用，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與自覺性，為學(xué)生主動探索提供時間與空間，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主動作用，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、去動口、去動手、去動腦，然后以腦圖為點，幫助他們總結(jié)出數(shù)子電子技術(shù)相關(guān)知識的重點和難點，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。

2.3 以有序腦圖，加強并修正學(xué)生對抽象理論知識的理解

時序邏輯電路這一章中，異步時序邏輯電路的分析是難點。教師可以借助有序腦圖搭配動畫，讓學(xué)生觀看觸發(fā)器在不同的時鐘信號的作用下狀態(tài)更新的過程，從而更加深刻地了解“異步”和“同步”的區(qū)別。與此同時，通過腦圖中對所列出的“異步”和“同步”芯片的對比，可進(jìn)一步反饋和修正學(xué)習(xí)初期對抽象概念的認(rèn)知。

再如，時序邏輯電路這一章中計數(shù)器的設(shè)計也是重點和難點，教師可以通過腦圖中所涉及的多個計數(shù)器芯片，通過外加原件，分別設(shè)計具有不同功能的計數(shù)器，觀察和比較輸出的時序圖。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程可以總結(jié)出，電路的實質(zhì)是對時鐘信號的周期進(jìn)行計數(shù)，從而使計數(shù)器的原理和應(yīng)用變得更容易被學(xué)生接受。不僅采用多媒體和板書教學(xué)結(jié)合的方式，而且利用先進(jìn)的學(xué)習(xí)方法—有序腦圖可以將數(shù)字電路中很多知識點的講授變得更生動、形象，從而增強教學(xué)效果。

通過半期和階段性測試，發(fā)現(xiàn)通過“有序腦圖”的制作，學(xué)生對芯片的個體認(rèn)知，以及對芯片級聯(lián)整合的系統(tǒng)認(rèn)識得到了提高，實現(xiàn)了對所學(xué)知識的及時反饋和修正。進(jìn)一步，該方法可使所學(xué)知識更牢固、系統(tǒng)和魯棒。

3 結(jié)論

數(shù)字電子技術(shù)課程集中了數(shù)字化信息所需要的知識，這門課從分立件的門電路，到現(xiàn)在的集成芯片門電路，從以TIL電路為主到以MOS電路為主，從中小規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路，特別是與其它相關(guān)領(lǐng)域的聯(lián)系越來越緊密。隨著電子科學(xué)、信息科學(xué)的快速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)課程的內(nèi)容更新速度也將越來越快。近年來，高校逐漸意識到數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題，因此積進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)思考和改革。針對學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程中所遇到的邏輯抽象，芯片的具體應(yīng)用能力差，不能適應(yīng)日益變化的學(xué)習(xí)和就業(yè)形勢的問題，力求有效提高數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的整體水平，提出了基于“有序腦圖”反饋修正的教學(xué)方法。該方法借助有序腦圖，使學(xué)生對相關(guān)芯片的知識點進(jìn)行比較，幫助學(xué)生了解知識點之間的異同，引導(dǎo)學(xué)生觸類旁通，從而舉一反三。學(xué)生作為教改方法的試點對象，通過該教改方案的逐步實施，學(xué)生們對數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計興趣明顯提高，綜合能力得到增強，特別是對芯片的理解和運用能力顯著增強。今后將進(jìn)一步圍繞教學(xué)方法的改革開展一些高效的探索。