“數(shù)字邏輯電路”課程思政元素的融入探究

曲明哲，陳欣欣，趙 瑩

(哈爾濱學院，黑龍江 哈爾濱 150086)

一、引言

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上鄭重強調(diào)“高校要以立德樹人為重”。2020年，教育部頒布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，指出高校要針對各個學科開展課程思想政治教育。

“數(shù)字邏輯電路”是一門基礎理論課程，在電子類和計算機類等工科專業(yè)中都處于核心的位置。該課程以物理和數(shù)學為基礎，具有較強的理論分析性，為后續(xù)的單片機原理等專業(yè)課程的學習奠定基礎。同時該課程適用的領域很廣泛，具有較強的實踐意義和應用性?！皵?shù)字邏輯電路”課程的學習，能綜合培養(yǎng)學生理論分析能力，加強系統(tǒng)設計能力，提高邏輯理解能力，鍛煉實際操作能力，切實用理論知識指導學生進行實際應用，增強創(chuàng)新意識。本文圍繞理論知識內(nèi)容進行修訂與設計，以立德樹人為宗旨，結合知識點融入思想政治理論和職業(yè)道德素養(yǎng)，以“春風化雨，潤物無聲”的方式，從科學思維方式形成、科研態(tài)度嚴謹性、敢為人先創(chuàng)新性、淡泊名利奉獻性出發(fā)，培養(yǎng)學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。在任重而道遠的教學過程中，將理論知識中蘊含的“求實、創(chuàng)新、協(xié)作、自律”等德育元素一一挖掘，為具有工匠精神的人才培養(yǎng)道路助一臂之力。

二、教學內(nèi)容與思政元素的融合

教學內(nèi)容以數(shù)字邏輯電路理論知識為中心，通過情景或事例引入知識內(nèi)容，再融入思想政治教育內(nèi)容。通過多方面知識內(nèi)容的融合，全面挖掘課堂中的育人功能，切實提高學生的邏輯思維能力，充分培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。同時，有效地激發(fā)了學生對專業(yè)理論知識學習的興趣，促進了課堂中老師與學生的協(xié)作互動。

1.數(shù)制和碼制

電子產(chǎn)品的出現(xiàn)與發(fā)展徹底改變了人類的生活，其中計算機的出現(xiàn)與發(fā)展是現(xiàn)代生活快速發(fā)展的重要標志。眾所周知，計算機是數(shù)學家約翰·馮·諾依曼發(fā)明的，其是通過復雜的程序運算執(zhí)行各項任務和完成相應功能的。但是大家可能不知道，計算機僅僅是通過運用兩種狀態(tài)就實現(xiàn)了快速、準確、復雜的運算，即狀態(tài)1和0。所有計算機的基礎運算都是運用數(shù)字1和0來進行的。[1]數(shù)字邏輯電路就是處理1和0兩種狀態(tài)的理論課程，其將1和0進行不同規(guī)則的組合與編碼，構成了數(shù)制與碼制。數(shù)制與碼制是數(shù)字邏輯電路的研究基礎，由此引導學生要注重基礎內(nèi)容，牢牢掌握基礎內(nèi)容，“萬丈高樓平地起，盤龍臥虎高山齊?！辈磺袑嶋H與好高騖遠是不可行的。同時，讓學生領悟到創(chuàng)新來源于生活，創(chuàng)新來源于靈感，創(chuàng)新是無處不在的，留心觀察身邊的事物，都會有新的發(fā)現(xiàn)。

2.數(shù)字邏輯基礎

2019年底，新型冠狀病毒開始在密集人群中快速傳播，由于該病毒傳播快，潛伏期長，不斷進化變種，使得該病毒引起的疫情在全球各地傳播并一直延續(xù)至今。這其間就存在一對非邏輯關系，可以應用數(shù)字邏輯基礎中的邏輯運算來理解，具體思路為：輸入量：“病毒感染者”，輸出量：人體健康碼“健康綠碼”，基于輸入—輸出關系可以利用函數(shù)“邏輯非”構造，由此生動形象地理解“邏輯非”的內(nèi)涵。同時，呼吁學生打疫苗，出門做好防護，不去中高風險地區(qū)，積極支持與響應政府和學校的疫情防護政策與措施。[2]

在數(shù)字邏輯基礎中，包含了“與、或、非、異或、同或”的邏輯基本關系、滿足“結合律、分配律、交換律、德摩根定律”的邏輯基本運算和不同邏輯函數(shù)化簡方法——公式化簡法和卡諾圖化簡法。在不同的公式運算和化簡方法下，邏輯結果是不同的，進而邏輯電路也是不同的。由此引導學生不拘泥于一窗世界，不留念于一處風景，條條大路通羅馬，遇事應多思考、多想辦法解決問題，在事物之間聯(lián)系的多樣性中融合科學思維，激發(fā)和提高創(chuàng)新意識。

3.門電路

電子產(chǎn)品的組成離不開集成電子電路，集成電子電路是由幾十個甚至成百上千個元器件構成的。古人云：“九層之臺，始于壘土！”在集成電子電路中，當有一個元器件發(fā)生損壞或者不能工作時，對于整個集成電子電路而言，就會存在狀態(tài)不穩(wěn)定甚至崩盤的危險。在門電路中，以數(shù)字邏輯電路芯片的基本組成元器件——二極管、三極管、CMOS管的特性和工作原理為主要內(nèi)容，來理解常用芯片的內(nèi)部工作過程。由此引導學生認識到，小事的發(fā)展演變才會促成大事的形成，事物的發(fā)展規(guī)律需要謹小慎微和慎終如始；科學基礎研究對技術應用具有重大意義，技術的發(fā)展都是經(jīng)歷量變到質(zhì)變的過程，鼓勵學生積極投入到科學研究中，為祖國電子技術的發(fā)展添磚加瓦。天下興亡，匹夫有責，每個人的貢獻促使社會發(fā)展與進步，每個人的命運與國家的命運息息相關，學生需要具有使命感和擔當感，正如“中國鐵路之父”詹天佑曾告誡人們：要傾盡所學，傾盡所能，才會使國家富強，不受外侮。

4.組合邏輯電路

1868年，英國的交通事故率突然降低，其原因就是英國機械工程師納伊特的一項發(fā)明，使得英國的交通秩序變得井然有序，他的發(fā)明就是紅綠燈。紅綠燈的出現(xiàn)改變了人類的通行方式，現(xiàn)代社會中如果沒有交通紅綠燈，外出通行是混亂的，交通事故會頻繁發(fā)生，到處充滿著危險。紅綠燈技術發(fā)展經(jīng)歷了手持長桿牽動皮帶轉換煤氣紅綠燈、人工方式集中控制紅綠燈、電子線路控制紅綠燈幾個階段。現(xiàn)階段，利用數(shù)字邏輯電路中的組合邏輯電路就能輕松實現(xiàn)紅綠燈的控制。

結合實際應用背景，建立邏輯分析，利用組合邏輯電路中的基本芯片——編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器和數(shù)值比較器，可以進行完整的邏輯電路設計。在進行邏輯設計的過程中，可以使用一種或多種芯片實現(xiàn)相應的邏輯功能。由此強調(diào)個體與整體、局部與整體的關系，引導學生正確看待問題，加強全局意識。在充分發(fā)揮個人力量和提高個人創(chuàng)造力的同時，深刻領悟到凝心聚力的重要性，即錦繡山河，萬民盡是主人。

5.觸發(fā)器

2018年至2020年期間，美國政府給美國企業(yè)連續(xù)發(fā)布兩項公告：禁止美國企業(yè)給中國中興通訊提供產(chǎn)品；停止美國企業(yè)向中國華為公司供應芯片，同時將此要求施加到全球使用美國技術和設備的公司。作為中國兩大重要的通訊運營商，芯片的重要性不言而喻。正如數(shù)字邏輯電路中的觸發(fā)器，是進行中小規(guī)模數(shù)字邏輯電路設計時不可缺少的一部分。

觸發(fā)器是分析研究時序邏輯電路的基礎，不同類型觸發(fā)器具有不同的工作特性和邏輯功能，根據(jù)觸發(fā)器的類型可以實現(xiàn)不同的時序電路設計。[3]由此引導學生科技強國，從我做起，要想與時俱進，不落人后，就要持續(xù)不斷地改革與創(chuàng)新，激發(fā)學生對專業(yè)知識和科學技術的向往之情；同時培養(yǎng)學生具有實事求是的科學精神、兢兢業(yè)業(yè)的科研作風、一絲不茍的學術態(tài)度，在學習與研究的過程中容不得粗心大意，勸誡學生在生活中做人做事遵循“不以善小而不為，不以惡小而為之”。

6.時序邏輯電路

籃球倒計時器、娃娃機倒計時器、多人搶答器、流水燈控制器等都可以利用數(shù)字邏輯電路包含的理論知識進行電路設計與實現(xiàn)。電路設計需要移位寄存器、時序邏輯電路等相關內(nèi)容，[4]其中時序邏輯電路主要內(nèi)容為時序電路分析與設計、計數(shù)器原理與應用。由此引導學生正視理論知識與實際應用的緊密性，做到知以致行和踐行踐知。[5]同時從辯證唯物主義角度出發(fā)，讓學生深刻認識與領悟學習的過程，正確看待自然規(guī)律，掌握歷史進程，結合自然規(guī)律合理的發(fā)展，借鑒歷史進程合理的改造；在構造復雜數(shù)字系統(tǒng)時，秉持循序漸進的理念，時刻保持嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，注重團隊建設與團隊協(xié)作。

7.脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路

智能門鈴控制器、警車警笛控制器、火災報警器是生活中常見的控制裝置，通過脈沖波形產(chǎn)生與整形電路可以實現(xiàn)這類控制裝置的設計。脈沖波形產(chǎn)生與整形電路在數(shù)字邏輯電路設計中是不可缺少的一部分，它以555定時器作為基礎，通過設計不同的電路可以實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。在脈沖波形產(chǎn)生與波形調(diào)整的過程中，引導學生明辨是非，能合理地清除不正確的干擾因素。在學習文學知識或先進思想的過程中，吸取其精華，剔除其糟粕。

三、結語

“數(shù)字邏輯電路”是工科專業(yè)眾多課程中的一門專業(yè)基礎課程，是數(shù)字電路分析與設計的基礎，具有廣泛的應用背景。該課程集理論性、實踐性與創(chuàng)新性于一體，充分挖掘與分析理論知識中的思想政治元素，采用“如沐春風”的教學方式傳播理論知識，采用“潤物無聲”的方式播散德育種子，讓立德樹人的思想牢牢扎根于學生的心中，是為國家建設與發(fā)展源源不斷輸送高端人才的有效渠道。