項目教學(xué)法在數(shù)字電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

梁承權(quán)　呂德深　張穎　左仁合

關(guān)鍵詞：項目教學(xué)；簡易交通燈；數(shù)字電子技術(shù)課程

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）10-0148-03

1 引言

數(shù)字電子技術(shù)是電氣工程及其自動化、電子信息工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，絕大多數(shù)理科、工科專業(yè)的高校都開設(shè)這門課程，在專業(yè)課程體系中占據(jù)非常重要的地位，很多高校的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)采用了理論課與實驗課分別講授的方法進(jìn)行[1]。筆者在教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)學(xué)生對理論教學(xué)不感興趣，而實驗實訓(xùn)教學(xué)比較感興趣，于是對數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)實施進(jìn)行探究與改革[2]。

在教學(xué)中教師應(yīng)該以課程內(nèi)容為基本，以專業(yè)需求為導(dǎo)向，以實際應(yīng)用為目的，以典型的基于工作過程的項目為載體，以教、學(xué)、做一體化為訓(xùn)練模式，把學(xué)生的學(xué)與用作為教學(xué)過程的出發(fā)點和落腳點，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，綻放學(xué)生的創(chuàng)新成果[3]。引入實用性較強(qiáng)的基本電路，讓學(xué)生體會到學(xué)有所用；介紹趣味性較強(qiáng)的設(shè)計電路，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[4]。因此，筆者認(rèn)為項目教學(xué)的重點、難點是找準(zhǔn)切合教學(xué)內(nèi)容的項目、教學(xué)實施方法得當(dāng)。

數(shù)字電子技術(shù)課程共72個課時，采用了項目教學(xué)法[5]，主要實施八個項目，項目分別是：項目一，三人表決器電路設(shè)計與裝調(diào)；項目二，多人搶答器電路設(shè)計與裝調(diào)；項目三，數(shù)碼顯示電路設(shè)計與裝調(diào)；項目四，計數(shù)分頻電路設(shè)計與裝調(diào)；項目五，觸摸式防盜報警電路設(shè)計與裝調(diào)；項目六，555簡易交通燈電路設(shè)計與裝調(diào)；項目七，溫度檢測報警電路設(shè)計與裝調(diào)；項目八，洗衣機(jī)控制器設(shè)計[6]。項目實施過程中將基本邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖發(fā)生器等重要內(nèi)容融入各個項目之中，促進(jìn)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，將會達(dá)到很好的教學(xué)效果[7]。下面將以555簡易交通燈電路設(shè)計與裝調(diào)為例，展示該項目的實施過程。

2 555 簡易交通燈教學(xué)設(shè)計

2.1 課程導(dǎo)入

2.1.1 復(fù)習(xí)舊知識

通過日常生活中十字路口交通燈實例讓學(xué)生思考交通燈運行的情況，教師提出如何利用計數(shù)器實現(xiàn)一個簡易交通燈。意在復(fù)習(xí)以下前面學(xué)過的內(nèi)容：1）開關(guān)二極管組成與門、或門電路的方法；2）D觸發(fā)器的應(yīng)用（實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)電路的方法）；3）CD4017計數(shù)器電路設(shè)計方法。

2.1.2 新知識引入

展示現(xiàn)有的交通燈模型，基本模型如圖1所示。模型中共有12個LED燈D1～D12，向東方向的紅綠黃燈與向西方向的紅綠黃燈對應(yīng)，并同時亮滅；向南方向的紅綠黃燈與向北方向的紅綠黃燈對應(yīng)，并同時亮滅。交通燈模型與現(xiàn)實中交通燈類似的情景，學(xué)生容易與現(xiàn)實中的交通燈結(jié)合起來。通過交通燈模型展示，讓學(xué)生對本項目的內(nèi)容和目標(biāo)有明確的認(rèn)識：1）通過交通燈項目的設(shè)計，掌握555組成無穩(wěn)態(tài)（多諧振蕩器）電路的設(shè)計方法；2）通過交通燈項目的設(shè)計，掌握555組成單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計方法；3）通過交通燈項目的設(shè)計，掌握555組成雙穩(wěn)態(tài)電路的方法；4）舊知識的鞏固——開關(guān)二極管組成與門電路、CD4017計數(shù)器電路。

2.2 知識點講解

2.2.1 簡易交通燈的構(gòu)成

555簡易交通燈由時鐘信號發(fā)生電路、計數(shù)器電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、與門電路和交通紅綠燈構(gòu)成，并講述結(jié)構(gòu)框圖中各個部件的作用。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。時鐘信號發(fā)生電路為系統(tǒng)提供“1 秒”的信號，使得交通燈系統(tǒng)按秒進(jìn)行計數(shù)；計數(shù)器電路對“1 秒”進(jìn)行計數(shù)，并控制在不同的時間輸出不同的電平，進(jìn)而控制雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、與門電路等；雙穩(wěn)態(tài)電路控制交通燈紅綠燈切換；單穩(wěn)態(tài)電路控制黃燈產(chǎn)生閃爍的效果；計數(shù)器電路產(chǎn)生的信號控制與門電路，進(jìn)而控制黃燈維持的時間。

2.2.2 555 定時器的電路結(jié)構(gòu)及其邏輯功能

1）555 定時器的電路結(jié)構(gòu)；2）555定時器的邏輯功能。

2.2.3 無穩(wěn)態(tài)電路

1）時鐘信號發(fā)送電路與無

穩(wěn)態(tài)電路聯(lián)系；2）無穩(wěn)態(tài)電路的概念；3）用555組成無穩(wěn)態(tài)電路；4）電路工作原理。

2.2.4 單穩(wěn)態(tài)電路

1）單穩(wěn)態(tài)電路的概念；2）用555組成單穩(wěn)態(tài)電路；3）電路工作原理；4）使用時應(yīng)該注意的事項。

2.2.5 雙穩(wěn)態(tài)電路

1）雙穩(wěn)態(tài)電路的概念；2）用555組成雙穩(wěn)態(tài)電路；3）電路工作原理；4）使用時應(yīng)該注意的事項。

2.2.6 舊知識的融入

1）紅綠燈的驅(qū)動電路；2）使用開關(guān)二極管構(gòu)成與門電路；3）使用開關(guān)二極管構(gòu)成或門電路；4）CD4017 計數(shù)器電路。

2.3 學(xué)生實踐操作

學(xué)生實踐操作時按一個一個子項目逐個子項目完成，555簡易交通燈的子項目分別是：1）基于555的無穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計、仿真、驗證，完成電路設(shè)計并實現(xiàn)其功能；2）基于555的單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計、仿真、驗證，完成電路設(shè)計并實現(xiàn)其功能；3）基于555的雙穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計、仿真、驗證，完成電路設(shè)計并實現(xiàn)其功能；4）與門電路、CD4017計數(shù)器電路的設(shè)計、仿真、驗證，完成電路設(shè)計并實現(xiàn)其功能。

2.4 知識深化

分析操作中存在的問題及解決的方案；歸納555 各個穩(wěn)態(tài)工作的條件；555無穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)各個電路中波形變化。

2.5 進(jìn)行proteus仿真驗證

實驗完成圖3所示的仿真電路圖，并在proteus中驗證結(jié)果。

2.6 總結(jié)點評

項目實施過程中以小組形式完成，每個小組2～3 位學(xué)生，設(shè)計成果以小組形式展示，并根據(jù)表1所示的考核項目表進(jìn)行成績評定。

2.7 任務(wù)拓展

1）應(yīng)用所學(xué)的計數(shù)器知識如何實現(xiàn)倒計時時間顯示？（提示用舊知識74LS192和CD4511）

2）如何根據(jù)人流量、車流量改變紅綠燈的時間和緊急情況？（提示用數(shù)字電路、傳感器和單片機(jī)結(jié)合控制更智能）

3）如果本項目的簡易交通燈作為實用新型專利該如何進(jìn)行創(chuàng)新？（舉例子說明創(chuàng)新點，引導(dǎo)學(xué)生開展第二課堂的發(fā)明創(chuàng)造）3 項目式教學(xué)法教學(xué)反思數(shù)字電子技術(shù)課程采用項目式教學(xué)法，以學(xué)生為中心，側(cè)重學(xué)生的“學(xué)”，教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)中主要起引導(dǎo)的作用[8]。項目式教學(xué)法在項目實施中存在許多成功之處，當(dāng)然也有不足。

3.1成功之處

以項目作為教學(xué)內(nèi)容的切入點，將課堂理論教學(xué)與實踐教學(xué)融于同一教學(xué)過程中，學(xué)生對學(xué)習(xí)更加感興趣，更加認(rèn)真，教學(xué)效果較好。

3.2不足之處

前期實施起來較困難，掌控教學(xué)進(jìn)度較難；前期耗材使用較多，無法預(yù)料到項目需要的耗材較多，后面的部分項目只能多人一起完成一個作品。

4 數(shù)字電子技術(shù)課程改革階段性成果

通過數(shù)字電子技術(shù)課程項目式教學(xué)的改革，以現(xiàn)實項目為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展延伸，鼓勵學(xué)生多參與課外項目。2019年～2022年，南寧學(xué)院智能制造學(xué)院學(xué)生參加了各式各樣的大學(xué)生比賽。其中，我院學(xué)生在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能車競賽、廣西高校創(chuàng)新設(shè)計與制作大賽中，都取得不錯成績，這些成績位列廣西前茅。南寧學(xué)院智能制造學(xué)院學(xué)生近三年成績?nèi)绫?所示。

5 結(jié)束語

通過幾年對數(shù)字電子技術(shù)課程改革與探索，將多個項目融入課堂中，采用項目式教學(xué)方法將教學(xué)內(nèi)容與項目有機(jī)結(jié)合。學(xué)生在課程項目學(xué)到理論知識與項目設(shè)計相關(guān)知識，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能提高學(xué)生的項目實踐能力。