談數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)改革

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摘要：該文通過(guò)分析數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程考核等方面對(duì)該課程的教學(xué)模式與方法進(jìn)行總結(jié)，并提出一些教學(xué)改革措施。近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明，這些改革措施能有效提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生“雙創(chuàng)”實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路；教學(xué)改革；教學(xué)模式；實(shí)踐能力

數(shù)字邏輯電路是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事與數(shù)字電路相關(guān)的工作打下良好的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。為了適應(yīng)工程認(rèn)證建設(shè)和提高學(xué)生“雙創(chuàng)”實(shí)踐能力的需要，近年來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的課程體系進(jìn)行了調(diào)整，增加了部分工程實(shí)踐類(lèi)的課程。在新的培養(yǎng)方案中，數(shù)字邏輯電路課程總學(xué)時(shí)與之前相比有所壓縮。傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法已不能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)高素質(zhì)、高技能IT人才培養(yǎng)的要求，因此有必要實(shí)施課程教學(xué)改革。本文圍繞如何實(shí)現(xiàn)具有“雙創(chuàng)”實(shí)踐能力的應(yīng)用型計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字邏輯電路課程的主要內(nèi)容包括邏輯代數(shù)、門(mén)電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路等[1]。該課程具有理論與實(shí)踐結(jié)合緊密、知識(shí)點(diǎn)多、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師講解為主導(dǎo)，主要講授電路結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)方法等，使學(xué)生掌握一些基本的電路工作原理和操作技能。多媒體技術(shù)雖然在教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，但主要是基于幻燈片的演示，局限于對(duì)知識(shí)的講解。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用集成實(shí)驗(yàn)箱，與早期使用的面包板相比，具有布線少、成功率高的優(yōu)點(diǎn)，但不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的深入理解和拓展應(yīng)用。傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然能夠系統(tǒng)地講解課程知識(shí)，但不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐應(yīng)用能力，不能實(shí)現(xiàn)新的培養(yǎng)目標(biāo)。

2理論教學(xué)改革

2.1教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)來(lái)設(shè)置。針對(duì)計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生,課程的側(cè)重點(diǎn)在于數(shù)字電路的基本原理和數(shù)字系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，而對(duì)于集成電路則不必深究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對(duì)門(mén)電路部分知識(shí)，重點(diǎn)講解CMOS門(mén)電路和TTL門(mén)電路的特點(diǎn)和使用方法，而對(duì)其電路結(jié)構(gòu)只做簡(jiǎn)單介紹就可以。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生初步掌握運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、時(shí)序、總線等內(nèi)容，為后續(xù)的計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)等課程打好基礎(chǔ)。講授要突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生理解關(guān)鍵問(wèn)題，牢固掌握所學(xué)知識(shí)。教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，可以適當(dāng)拓展一些電子技術(shù)發(fā)展前沿的內(nèi)容。

2.2知識(shí)點(diǎn)的銜接

數(shù)字邏輯電路課程的知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)習(xí)難度大。在教學(xué)過(guò)程中要循序漸進(jìn)，注意知識(shí)點(diǎn)之間的銜接。有些知識(shí)點(diǎn)在后面的內(nèi)容中會(huì)用到，在講解前面的器件時(shí)就可以先把用途介紹一下，比如譯碼器可以用于存儲(chǔ)器，觸發(fā)器可以用于計(jì)數(shù)器，在講解后面的內(nèi)容時(shí)把用到的之前學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)再回顧一下，這樣前后呼應(yīng)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通。有些知識(shí)點(diǎn)可以對(duì)比學(xué)習(xí)，比如觸發(fā)器的三種觸發(fā)方式（電平觸發(fā)、邊沿觸發(fā)和脈沖觸發(fā)）、MOS管的四種類(lèi)型（N溝道增強(qiáng)型、P溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型和P溝道耗盡型）等，可以通過(guò)對(duì)比來(lái)介紹。有些芯片的使用方法是相似的，比如計(jì)數(shù)器74160和74161的引腳功能是相同的，區(qū)別只是采用的數(shù)制不同。

2.3教學(xué)方式的靈活運(yùn)用

為了增強(qiáng)課堂互動(dòng)，課程教學(xué)可采用講授和討論相結(jié)合的方式。運(yùn)用現(xiàn)代化多媒體手段，通過(guò)圖像、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式生動(dòng)地演示數(shù)字電路的電路圖、工作原理和狀態(tài)變化。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式[3]，明確每堂課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。采取案例式教學(xué)方式，結(jié)合日常生活中的電路來(lái)講解[4]，比如時(shí)序電路部分以交通燈控制器為例，順序脈沖發(fā)生器以流水燈為例，555定時(shí)器以簡(jiǎn)易電子琴為例。通過(guò)向?qū)W生展示生動(dòng)的實(shí)例，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，并且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。充分利用網(wǎng)絡(luò)條件，加強(qiáng)課下的輔導(dǎo)和答疑，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，解答存在的疑惑，消除學(xué)生的畏難情緒，提高學(xué)習(xí)的自信心。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)置

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)三類(lèi)。除了必做實(shí)驗(yàn)之外，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，可以開(kāi)設(shè)一些開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自己查閱資料并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各種電子作品設(shè)計(jì)，如警報(bào)器、密碼鎖、搶答器等。鼓勵(lì)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。

3.2傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)一般通過(guò)在面包板或?qū)嶒?yàn)箱上搭建電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于受到實(shí)驗(yàn)儀器的功能和數(shù)量的限制，實(shí)驗(yàn)具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定、容納的學(xué)生人數(shù)少，不利于課下自學(xué)，在一定程度上限制了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到接觸不良、芯片損壞等問(wèn)題，需要花費(fèi)很多時(shí)間用于排錯(cuò)，將會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的成功率和學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性。目前已有一些較為成熟的EDA仿真軟件，如Multisim和Protel等。仿真軟件提供了直觀的圖形界面、豐富的元器件和測(cè)試儀器、詳細(xì)的電路分析功能，借助于仿真軟件，可以突破場(chǎng)地和器件的限制，有利于學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，使學(xué)生能夠快速、靈活地進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，還可對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析，加深對(duì)電路的理解。當(dāng)然，采用仿真實(shí)驗(yàn)也有不足之處，比如與實(shí)際脫節(jié)、印象不深刻、對(duì)動(dòng)手能力和排錯(cuò)能力的鍛煉不足等[5]。因此，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合，能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，取得更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。如果條件允許，學(xué)生還可以對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行制板、焊接、組裝和調(diào)試等，實(shí)現(xiàn)實(shí)際的電路設(shè)計(jì)。

3.3實(shí)驗(yàn)考核

以前對(duì)實(shí)驗(yàn)的考核基本上是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為主要評(píng)分依據(jù)。為了更好地督促學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)考核包括了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、回答問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾個(gè)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)習(xí)和仿真，并寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告。在完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)效果，教師進(jìn)行驗(yàn)收并有針對(duì)性地提一些問(wèn)題讓學(xué)生來(lái)回答，考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解程度。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師對(duì)各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)做好記錄和打分，最后評(píng)定出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

4課程考核改革

數(shù)字邏輯電路課程的考試重點(diǎn)由以前的知識(shí)測(cè)驗(yàn)向能力考查轉(zhuǎn)變，主要考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而不是以機(jī)械記憶為主。根據(jù)畢業(yè)要求進(jìn)行命題組卷，題型以分析和設(shè)計(jì)題等主觀題為主，并設(shè)置部分開(kāi)放性的試題，允許有不同的答案。課程成績(jī)根據(jù)平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和考試成績(jī)進(jìn)行計(jì)算，可以合理調(diào)整各項(xiàng)成績(jī)的比例。按照專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的要求，填寫(xiě)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證“五表”，即命題審批表、課程考核分析與總結(jié)報(bào)告、落實(shí)畢業(yè)要求情況自評(píng)表、課程達(dá)成情況評(píng)價(jià)表、課程考核與達(dá)成度評(píng)價(jià)合理性確認(rèn)表。認(rèn)真做好分析總結(jié)，找出存在的問(wèn)題，持續(xù)改進(jìn)提高。

5結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索。近幾年來(lái)教學(xué)實(shí)踐證明，這些課程教學(xué)改革措施取得了良好的教學(xué)效果，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”實(shí)踐能力起到了一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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[4]任玲,張寧,岑紅蕾.“數(shù)字邏輯電路”多元化教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2019,41(5):101-105.

[5]趙權(quán)科,韓延義,秦曉梅,等.“數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)”課程新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與探索[J].工業(yè)和信息化教育,2019(10):54-58.

作者：肖春寶 張明川 吳慶濤 單位：河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院