數(shù)字電路課堂中培養(yǎng)學(xué)生思維能力探討

王 琰

摘 要:學(xué)生在校期間學(xué)習(xí)的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)的需要,只有引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,才能適應(yīng)社會(huì)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。在數(shù)字電路教學(xué)過程中,創(chuàng)設(shè)由淺入深、循序漸進(jìn)的問題情景,和學(xué)生一起對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論分析,引起學(xué)生的好奇和思考,進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生思維能力的目的。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電路 課堂 培養(yǎng) 思維能力

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與教師的教學(xué)過程是密切相關(guān)的。在教學(xué)過程中,教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的心理,掌握高等職業(yè)院校學(xué)生的心理特點(diǎn),設(shè)計(jì)出符合學(xué)生實(shí)際的教學(xué)過程,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生良好的思維能力,適應(yīng)社會(huì)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

思維能力的培養(yǎng)應(yīng)通過有意識(shí)地教學(xué)來加以訓(xùn)練,通過學(xué)生不斷地練習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的思維能力。

數(shù)字電路這門課,是電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課之一,觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)。以觸發(fā)器為例,通過創(chuàng)設(shè)問題,共同討論分析問題,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的方法,繼而提高學(xué)生的思維能力。

問題一:怎樣才能使電路具有記憶功能?

討論分析:在數(shù)字系統(tǒng)中,不僅要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,而且還要將運(yùn)算結(jié)果保存起來,這就需要具有記憶功能的邏輯單元,能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的基本邏輯單元電路稱為觸發(fā)器。

要滿足電路具有記憶功能的條件,輸入端要與輸出端有一定的聯(lián)系,把輸出端引入到輸入端即引入反饋。引入反饋后,電路在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于這一時(shí)刻的輸入信號(hào),而且還取決于電路的原來輸出狀態(tài)也就是現(xiàn)態(tài),其輸出的狀態(tài)就是新狀態(tài)也就是次態(tài)。

解決問題的電路:基本RS觸發(fā)器

問題二:通過分析基本RS觸發(fā)器可知,基本RS觸發(fā)器存在兩個(gè)問題,一個(gè)是在輸入端如有干擾信號(hào)時(shí),觸發(fā)器就有可能發(fā)生翻轉(zhuǎn),這種電路抗干擾能力差;另一個(gè)是存在約束條件R和S不能同時(shí)為零。如何解決這些問題?電路如何改進(jìn)?

討論分析:要消除干擾信號(hào)的影響,在模擬電路中,一般是用電容進(jìn)行濾波等措施。在數(shù)字電路中不太適用。觸發(fā)器是邏輯記憶的基本單元,如果在需要翻轉(zhuǎn)時(shí),才在輸入端加入觸發(fā)信號(hào);不需要翻轉(zhuǎn)時(shí),把觸發(fā)器輸入端封閉,在時(shí)間上對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行控制,這樣就能提高抗干擾能力。

基本RS觸發(fā)器另一個(gè)問題就是有約束條件,觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端不能同時(shí)為零。解決這個(gè)問題,就是怎樣使觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端不同時(shí)為零。根據(jù)以前學(xué)的知識(shí),兩個(gè)輸入端,如果將一個(gè)輸入端直接接到觸發(fā)器,這一端加一反向器接到觸發(fā)器的另一端,觸發(fā)器由兩個(gè)輸入端變?yōu)橐粋€(gè)輸入端,解除約束條件。

解決問題的電路:同步RS觸發(fā)器,抗干擾能力有所提高,但還存在約束條件,同步D觸發(fā)器、同步JK觸發(fā)器,不但抗干擾能力提高了,而且沒有約束條件。

問題三:分析同步觸發(fā)器可知,同步觸發(fā)器從時(shí)間上對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行了控制,減少了干擾信號(hào)引起的觸發(fā)器的錯(cuò)誤動(dòng)作,電路得到了一定的改進(jìn)。但是,如果在時(shí)鐘脈沖CP為高電平(或者低電平)期間,輸入信號(hào)發(fā)生多次變化,或者有干擾信號(hào),其輸出狀態(tài)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生多次變化,引起觸發(fā)器的錯(cuò)誤動(dòng)作。那么,電路能否再進(jìn)行改進(jìn)來克服這種狀況呢?

討論分析:同步觸發(fā)器是用時(shí)間段來控制觸發(fā)器,根據(jù)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和功能,只有在觸發(fā)時(shí)間(CP脈沖的寬度)上做文章。怎樣縮短時(shí)鐘脈沖的寬度,時(shí)鐘脈沖的寬度不可能很窄,時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路做不到,是否對(duì)觸發(fā)器電路進(jìn)行改進(jìn),能否在時(shí)鐘脈沖的上升沿或者下降沿到來的那一時(shí)刻,觸發(fā)器才接受觸發(fā)信號(hào),使觸發(fā)器按要求進(jìn)行工作,在其他時(shí)間內(nèi),觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化。這是可以做到的。經(jīng)過改造后的觸發(fā)器就是邊沿觸發(fā)器。

為了更進(jìn)一步提高觸發(fā)器的抗干擾能力,引進(jìn)了維持線、阻塞線。維持線的作用就是觸發(fā)器維持原來狀態(tài)不變,阻塞線的作用就是阻止觸發(fā)器向其他狀態(tài)改變,保證觸發(fā)器不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。在脈沖上升沿或下降沿到來時(shí)維持線、阻塞線作用消失,觸發(fā)器在觸發(fā)信號(hào)的作用下發(fā)生動(dòng)作,脈沖邊沿過后,維持線、阻塞線又起作用,提高觸發(fā)器的工作穩(wěn)定性。

解決問題的電路:邊沿JK觸發(fā)器、T和T'觸發(fā)器、維持阻塞D觸發(fā)器等。

觸發(fā)器是具有記憶功能的邏輯單元,是能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的基本邏輯單元電路。那么觸發(fā)器有怎樣的用途呢?

由三個(gè)RS觸發(fā)器、三個(gè)與非門和三個(gè)發(fā)光二極管可以構(gòu)成三人搶答器。三個(gè)開關(guān)不論哪個(gè)先按下,其他兩個(gè)開關(guān)就被封鎖,被按下開關(guān)的那一路發(fā)光二極管發(fā)光,其他不發(fā)光,也可以加上聲音,完成搶答功能。

用D觸發(fā)器可以組成分頻電路,還可以組成寄存器、計(jì)數(shù)器等,觸發(fā)器在實(shí)際生活中用途廣泛,是時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)。

因此,創(chuàng)設(shè)這樣的由淺入深、循序漸進(jìn)的問題情景,引起學(xué)生的好奇與思考,結(jié)合完成實(shí)用性的設(shè)計(jì),既系統(tǒng)又直觀,既生動(dòng)又形象,是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲的有效方法和手段。對(duì)于高職學(xué)生來說,更能提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,學(xué)生在步入社會(huì)后,具有利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行技術(shù)革新的能力。

總之,探索有利于發(fā)展思維能力的教學(xué)方法,給學(xué)生創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑、發(fā)人深思的問題情境,在教學(xué)過程中經(jīng)常使學(xué)生思維處于激活狀態(tài),能最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

參考文獻(xiàn)

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