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思維教學中數(shù)字電子技術的應用

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思維教學中數(shù)字電子技術的應用

【摘要】作為電子技術學習中一門重要的專業(yè)基礎課,《數(shù)字電子技術基礎》起著舉足輕重的作用,有著較強的理論特點和工程實踐性。針對本門課在教學過程中存在的困難,結合一線教學經(jīng)驗,對教學方法進行創(chuàng)新,以“模擬到數(shù)字”、“數(shù)學到邏輯”、“分立到集成”、“理論到實踐”四種思維方式的轉變貫穿課堂教學,達到了較好的授課效果。

【關鍵詞】數(shù)字電子技術;模擬;分立;集成

1引言

《數(shù)字電子技術基礎》(以下簡稱“數(shù)電”)是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業(yè)在電子技術方面的一門專業(yè)基礎課程,具有自身的體系和很強的實踐性?!皵?shù)電”的前繼課程為模擬電子電路,后續(xù)課程是微型計算機原理,起著承上啟下的作用。如何學好這門課程?經(jīng)驗來談,學生在經(jīng)過《電路》和《模擬電子技術基礎》兩門課程的學習后,往往將“數(shù)電”的學習理解為物理電路的學習,其思維方式也還局限在連續(xù)、模擬概念上,沒有形成離散的、數(shù)字化的概念,缺乏對知識的思考和總結。而這種思維模式的轉變,也正是取決于教師的課堂引導[1]。因此,要教好和學好“數(shù)電”這門課,思維方式轉變必然成為教師教學和學生學習中不容忽視的問題。具體來說,將思維方式的轉變歸納為以下幾點,即:“模擬”到“數(shù)字”的思維轉變;“數(shù)學”到“邏輯”的思維轉變;“分立”到“集成”的思維轉變;“理論”到“實踐”的思維轉變。

2思維方式的轉變

2.1“模擬”到“數(shù)字”的思維轉變

由于一般院校的課時安排都是先開《模擬電子技術基礎》,幾周后《數(shù)字電子技術基礎》再開課,學生容易搞不清楚這兩門課差別究竟在何處。因此,在“緒論”部分,應該重點介紹“模擬”和“數(shù)字”的區(qū)別,使同學們有一個從“模擬”到“數(shù)字”的思維轉變。運用直觀的方法,使學生將兩種截然相反的概念聯(lián)系在一起,要想建立數(shù)字概念,必須通過已經(jīng)掌握的“連續(xù)”概念來建立[2]。(表1)模擬電路的重點是物理電路,而數(shù)字電路更多地強調(diào)邏輯分析的應用。因此,課程學習的目的有兩個:其一是基本單元電路的學習;其二是數(shù)學邏輯思維的建立。其中,幫助學生建立起數(shù)學邏輯思維,不僅對解決學生數(shù)學電路難學、難理解問題產(chǎn)生作用,對后續(xù)專業(yè)課的進一步學習也意義重大。因此,在分清“模擬”與“數(shù)字”兩種信號及電路的區(qū)別基礎上,討論關于從“數(shù)學”到“邏輯”的思維轉變。

2.2“數(shù)學”到“邏輯”的思維轉變

數(shù)字電子分為數(shù)字邏輯技術和數(shù)字電路技術。前者是用數(shù)學方法研究和處理事件之間的邏輯關系,后者是研究數(shù)字邏輯的電路實現(xiàn)方法?!斑壿嫶鷶?shù)”只是分析數(shù)字電路的一個工具,“0”和“1”僅代表因果關系,而并非具有大小含義[3]??梢越柚唧w的實例來適應從數(shù)學思維到邏輯思維方式的轉變。用生活中的常見實例來解釋“邏輯”的概念。三地各有獨立控制開關,用A、B、C來表示。任意閉合一個開關,燈亮;任意閉合兩個開關,燈滅;三個開關同時閉合,燈亮。因為燈只有兩種狀態(tài)(“亮”和“滅”);三個開關也各有兩種狀態(tài)(“打開”和“閉合”),建立邏輯關系時,就可以用“1”和“0”來表示截然相反的兩種狀態(tài)。當把一個工程問題描述為數(shù)字邏輯系統(tǒng)時,就意味著不再關心數(shù)量的大小及相互影響,只關心各個事件間的邏輯關系。通過這樣一個簡單的對比,加深了對“邏輯”一詞的理解,抓住了數(shù)字邏輯電路課程的特點,與數(shù)值大小無關。

2.3從“分立”到“集成”的思維轉變

隨著科學技術的發(fā)展,尤其是微電子技術和計算機技術的重大進展,數(shù)字邏輯器件已在短時間內(nèi)從分立元件發(fā)展到中、小規(guī)模的集成電路,直到目前常用的大規(guī)模和超大規(guī)模的可編程邏輯器件(PLD)。在前續(xù)的“電路”及“模擬電子技術基礎”兩門課程中對電子分立元件(如:電阻、電容、電感、二極管、三極管等)的內(nèi)在特性做了詳細介紹。在“數(shù)電”的學習中,應引導學生實現(xiàn)從“分立”到“集成”的思維轉變,將學習重點放到中小規(guī)模集成電路上,用時引入大規(guī)模集成電路VLSI(包括PAL\GAL\FPGA\CPLD等)和簡單VHDL語言的內(nèi)容以體現(xiàn)“新”。大規(guī)格集成硬件集成電路集成———可編程邏輯器件(PLD)系統(tǒng)集成———片上系統(tǒng)(SoC!)軟件設計———電子設計自動化(EDA"$$$$$$#$$$$$$%)大規(guī)模集成電路組成

2.4從“理論”到“實踐”的思維轉變

“數(shù)電”這門課具有較強的實踐性。純粹的理論會使學生感覺枯燥乏味,而單純的應用缺少扎實的理論基礎,也不可取。因此,在確保理論完整性的前提下,要把實踐教學作為培養(yǎng)學生工程技術能力的主要方式。學生可以通過課堂仿真實驗來驗證所學的知識點,盡可能多地了解數(shù)字電子技術領域的新概念、新技術和新方法。改變傳統(tǒng)的僅獲取課本的理論知識就達到學習目的這一想法,盡可能多地接受與“數(shù)電”相關的工程實踐訓練,有助于學生建立工程思維觀念,從工程實際的角度去思考和處理問題,用近似的和等效的觀點去分析事物,開啟創(chuàng)造性思維方式。

3結語

在“數(shù)電”課程的學習過程中,實現(xiàn)思維方式轉變是一個非常重要的過程,可以從整體上把握數(shù)字邏輯電路課程的基本思想,從而為深入理解所學知識,實現(xiàn)思維方式的轉變,為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎,實現(xiàn)“數(shù)字—邏輯—集成—實踐”思維模式的建立。

【參考文獻】

【1】陳文楷,徐萍萍,崔剛.《數(shù)字電子技術》課程體系和內(nèi)容改革的體會[J].華北航天工業(yè)學院學報,2006(7):39-40.

【2】劉曉娟.從“模擬”思維到“數(shù)字”思維———略論數(shù)字邏輯電路課程教學中思維方式的引導[J].職教通訊,2005(8):35-37.

【3】周偉英.工科學生工程實踐能力培養(yǎng)的改革與實踐—以“數(shù)字電子技術基礎”課程為例[J].中國電子教育,2011(1):61-64.

作者:丁巖松 王曉麗 薛海鷹 單位:陸軍裝甲兵學院