數(shù)字電路綜合性設(shè)計性實驗教學(xué)的探討

楊世洲

摘 要:數(shù)字電路是一門應(yīng)用性很強的課程,隨著社會的發(fā)展和課程的改革,應(yīng)加強綜合性設(shè)計性實驗,同時也應(yīng)該在實驗的安排上進行針對學(xué)時、內(nèi)容、實驗手段和考核辦法的改革,提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?、思維能力、創(chuàng)新能力,將理論知識轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技能,培養(yǎng)學(xué)生的的工程意識、創(chuàng)新意識、經(jīng)濟意識和科技意識。

關(guān)鍵詞:綜合性 設(shè)計性 學(xué)時 內(nèi)容 手段 考核

數(shù)字電路是一門實踐性很強的基礎(chǔ)性課程,知識更新?lián)Q代的速度很快,因此該課程設(shè)置的科學(xué)與否直接影響到理工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)程度。對學(xué)生實驗?zāi)芰?、及思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都會起到非常重要的作用。隨著社會對技術(shù)型、應(yīng)用型人材需求的日益增長,畢業(yè)生的就業(yè)形勢日趨嚴(yán)峻,就需要高校培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才,而實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科技素質(zhì)的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要途徑。在數(shù)字電路實驗教學(xué)中,綜合性、設(shè)計性實驗是理論和實際的接口通道,是將科學(xué)技術(shù)和理論知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新能力的一次鍛煉機會,是培養(yǎng)工程意識、創(chuàng)新意識、經(jīng)濟意識、科技意識的重要途徑,根據(jù)我校多年的教學(xué)經(jīng)驗,應(yīng)在以下方面進行改革與探討。

一、開放實驗室,開設(shè)相應(yīng)的選修課增加實驗學(xué)時

近幾年由于理論學(xué)時的壓縮,相應(yīng)的實驗內(nèi)容及學(xué)時不得不減少,所以受時間的限制,無法安排更多的設(shè)計性和綜合性實驗,使學(xué)生無法得到數(shù)字電路設(shè)計的系統(tǒng)訓(xùn)練。我院電子本科專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)綜合實驗課為20學(xué)時,因此,我們在制訂教學(xué)計劃時,只能安排兩個綜合性、設(shè)計性實驗,并且只能選擇組合邏輯電路、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器等中小規(guī)模電路,完成表決器、電子表等簡單和不太復(fù)雜的電路來設(shè)計。并且由于近幾年擴招,每學(xué)期做電子實驗的學(xué)生有一千多人,電子實驗室的實驗每天安排的都非常緊張,經(jīng)常有一部分學(xué)生無法按時完成實驗內(nèi)容,因此應(yīng)開放實驗室或開設(shè)電子訓(xùn)練方面的選修課來增加實驗課時,達到實驗與訓(xùn)練的目的。

二、豐富綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容

在學(xué)時少時,我們在教學(xué)計劃中,只能選簡單的內(nèi)容,例如原來我們要求的設(shè)計性實驗有用組合邏輯電路設(shè)計一個密碼鎖,由于學(xué)時少我們要求學(xué)生從門電路、數(shù)據(jù)選擇器、138譯碼器等器件中選一種來設(shè)計,寫出設(shè)計任務(wù)書后在實驗臺上完成。過去我們所做的綜合性設(shè)計性實驗都是一些簡單的電路,給定了用什么元件,完成什么任務(wù),只是讓學(xué)生掌握設(shè)計性實驗完成的基本過程,隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和課程的改革,對綜合性、設(shè)計性實驗應(yīng)有如下的改革。

1.用不同的元器件來完成同一任務(wù)

目的是通過比較不同的途經(jīng)與方法,分析優(yōu)缺點,理解各個電路的性質(zhì)內(nèi)涵,例如5人表決器可分別選用基本門電路、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器等來完成。

2.規(guī)定設(shè)計題目和指標(biāo)要求,自行設(shè)計電路和選擇元器件

數(shù)字電路設(shè)計實驗中,主要采用了兩種做法,一是要求同學(xué)們根據(jù)實驗室提供的集成電路組件進行設(shè)計,這樣能促進學(xué)生積極思考,想辦法利用現(xiàn)有的條件完成某一設(shè)計要求,當(dāng)然這樣做有時可能限制了同學(xué)們的創(chuàng)造性,作為彌補,鼓勵學(xué)生“紙上談兵”對同一設(shè)計要求設(shè)計出各種方案。二是用某一組件完成多種電路設(shè)計。

3.電子工藝的完成

電子電路從圖紙到產(chǎn)品,需要進行組裝和調(diào)試,是把理論付諸于實踐的過程,也是學(xué)生操作技能鍛煉的具體體現(xiàn),過去電路的組裝都在實驗臺上插接電路,條件許可可以在電路板上進行焊接安裝,培養(yǎng)學(xué)生在印刷電路板上對整體電路的認(rèn)識能力,學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品生產(chǎn)制作中的準(zhǔn)備工藝、焊接工藝、裝配工藝、調(diào)試工藝和質(zhì)量控制方面的知識。

4.參數(shù)測試調(diào)整

要求學(xué)生熟悉各個儀器的使用方法,在調(diào)整測量中,認(rèn)真觀察測試,對于有懷疑的現(xiàn)象要重點記錄,對于觀測到的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象、波形等進行定量分析,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實事求是的作風(fēng)。

三、改進實驗教學(xué)手段

在豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容,增加了綜合性、設(shè)計性實驗后,用傳統(tǒng)的在實驗箱或?qū)嶒炁_進行實驗由于連接線多,插接線常有接觸不良的現(xiàn)象且費時,這對排除故障造成很大的麻煩,在規(guī)定的學(xué)時內(nèi),有的同學(xué)觀察不到實驗現(xiàn)象,完不成實驗任務(wù),并且元件損耗大,實驗開設(shè)成本太高,因此對于綜合性、設(shè)計性的實驗項目應(yīng)開展EDA實驗手段。

應(yīng)用EDA技術(shù)是以計算機為工具,設(shè)計者在EDA軟件平臺上用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計元件,然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化筒、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程、下載等工作,EDA技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了電子電路設(shè)計效率和可行性,減輕了設(shè)計者的勞動強度,總的來說有如下的好處。

1.學(xué)生不一定在規(guī)定的時間來實驗室做實驗,可在宿舍機房等地進行遠(yuǎn)程登錄,根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計劃來完成電路的設(shè)計、仿真、參數(shù)的記錄,如進行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析等。

2.評估元器件參數(shù)變化(包括故障)對電路造成的影響,分析一些交流測量的電路特性,如進行噪聲(NOISE)、頻譜(FOURIER)、器件靈敏度(SENSITIVITY)、溫度特性(TEMPERATURE)分析等。

3.元件損耗少、成本低。

4.功能巨大元件庫內(nèi)多種元器件可虛擬無數(shù)種電路,其內(nèi)置儀器亦能讀出各種電壓、波形、電流等各種參數(shù),還可設(shè)置短路、斷路等故障,提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

5.效率高、節(jié)約時間。

四、改進實驗考核辦法,提高實驗教學(xué)質(zhì)量

學(xué)生實驗考核的方法不能片面強調(diào)實驗速度,否則學(xué)生在實驗過程中著急完成實驗,急功近利現(xiàn)象比較嚴(yán)重,也不能只強調(diào)實驗報告不注重實驗過程,結(jié)果學(xué)生抄寫實驗數(shù)據(jù)、實驗報告現(xiàn)象嚴(yán)重,因此,改進規(guī)范學(xué)生實驗考核辦法是提高學(xué)生實驗質(zhì)量的關(guān)鍵。在多年的實驗教學(xué)實踐中我們逐步形成了一個相對完整的考核辦法,該辦法的主要指標(biāo)有實驗紀(jì)律和實驗態(tài)度、實驗預(yù)習(xí)、實驗過程、實驗結(jié)果、實驗報告等,具體評定如下:(1)實驗預(yù)習(xí)和實驗紀(jì)律占總成績的10%。主要根據(jù)學(xué)生有無遲到、早退、無故曠課現(xiàn)象,實驗預(yù)習(xí)報告是否認(rèn)真、實驗中有無大聲喧嘩,是否愛護實驗器材等方面評定。(2)實驗過程和結(jié)果占總成績的70%。具體可根據(jù)實驗內(nèi)賓、創(chuàng)造性、獨立完成情況來評定。(3)實驗報告占總成績的20%。主要根據(jù)學(xué)生實驗報告有無錯誤,參數(shù)計算是否正確,實驗過程實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果記錄是否完整客觀,故障分析是否合理,實驗問題回答是否正確等評定。

參考文獻

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