《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)研究和探索

宋璐　王紅霞

【摘 要】針對(duì)當(dāng)前《數(shù)字電子技術(shù)》課程理論學(xué)時(shí)減少、開設(shè)時(shí)間提前、實(shí)踐要求提高等新形勢(shì)，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和課程評(píng)價(jià)三個(gè)方向出發(fā)，提出了一些經(jīng)驗(yàn)和建議：在課堂教學(xué)過程中，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整講課順序入手，引入EDA仿真軟件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)；教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過程中注重與生活實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用思維和能力；改進(jìn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，注重全面性和持續(xù)性，培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)方法；評(píng)價(jià)方法；學(xué)習(xí)興趣

《數(shù)字電子技術(shù)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，主要分析研究各種邏輯門、集成電路的功能及應(yīng)用，組合邏輯和時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)，脈沖波形的產(chǎn)生和整形等[1]。隨著數(shù)字化、集成化的飛速發(fā)展，它已成為許多基于“數(shù)電”的新課程的必不可少的主干課，例如單片機(jī)、DSP、FPGA、嵌入式系統(tǒng)等[2]。它是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間的重要橋梁，并且與實(shí)際器件、工程分析與設(shè)計(jì)緊密相關(guān) [3]，是工科高等學(xué)校電子技術(shù)方面的技術(shù)基礎(chǔ)課程。目前我校開設(shè)該課程的有電子科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、電氣、電信類等電類專業(yè)，以及應(yīng)用物理、材料物理、光電科、醫(yī)工等非電類專業(yè)。隨著各個(gè)專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革并制定新的培養(yǎng)方案，傳統(tǒng)的數(shù)電教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容有待進(jìn)一步改革和優(yōu)化。本文從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和課程評(píng)價(jià)三個(gè)方向出發(fā)，進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)。

1 改革理論課堂教學(xué)

1.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)我校新的教學(xué)大綱，《數(shù)字電子技術(shù)》的理論教學(xué)課時(shí)從64學(xué)時(shí)壓縮至56學(xué)時(shí)?；谡n時(shí)縮減的要求，主要從兩方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化：一方面，根據(jù)教學(xué)大綱對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行刪減，重點(diǎn)講解每一章的基本概念，突出原理和應(yīng)用；另一方面，根據(jù)學(xué)生專業(yè)方向和對(duì)數(shù)電要求的側(cè)重面不同，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，分為必修和附加兩部分，做到“按需施教”。

例如門電路一章，對(duì)于非電專業(yè)，省略復(fù)雜的電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹，只講解門電路基本邏輯關(guān)系，工作特點(diǎn)和性能參數(shù)等基礎(chǔ)概念；而對(duì)于電專業(yè)，則在基本理論之上增加講述當(dāng)前應(yīng)用更廣的COMS門電路，而TTL門電路刪略不講，留作閱讀材料。

1.2 調(diào)整講課順序

傳統(tǒng)的教學(xué)順序中，學(xué)生先學(xué)習(xí)電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)，然后學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)。數(shù)電一般都是在大三上學(xué)期進(jìn)行講授，但是這樣就導(dǎo)致單片機(jī)、DSP、FPGA等實(shí)踐性課程滯后，影響了學(xué)生在大學(xué)期間進(jìn)行實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)[4]。

隨著各專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的調(diào)整，一部分專業(yè)已實(shí)施數(shù)電與模電同學(xué)期開設(shè)的培養(yǎng)方案。由于數(shù)電學(xué)習(xí)時(shí)間提前，部分內(nèi)容安排根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。例如講到門電路時(shí)，學(xué)生仍不具備半導(dǎo)體物理的一些基本知識(shí)，這時(shí)先講解基本的邏輯功能，具體的電路結(jié)構(gòu)分析等到相應(yīng)的模電內(nèi)容學(xué)完時(shí)再進(jìn)行。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)掌握了相關(guān)半導(dǎo)體的內(nèi)容和知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在課堂下進(jìn)行延伸閱讀，查閱相關(guān)資料，進(jìn)一步利用半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品，從而培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和對(duì)電路設(shè)計(jì)的興趣。

1.3 運(yùn)用仿真軟件

數(shù)電的學(xué)習(xí)注重邏輯分析，在學(xué)習(xí)過程中比較抽象，單靠理論講解，有的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生一時(shí)難以消化。因此在教學(xué)過程中引入了EDA仿真軟件，在課堂上利用EDA快速設(shè)計(jì)及講授與課堂內(nèi)容相匹配的一些電路，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仿真演示，用直觀的波形數(shù)據(jù)使抽象的數(shù)電理論形象化，讓學(xué)生有直觀的印象，可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以及相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)。

比如講到555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)利用EDA軟件畫出電路，直接演示參數(shù)改變對(duì)波形的影響，通過形象的演示，提高了學(xué)生的課堂關(guān)注度，加深對(duì)知識(shí)的理解。

1.4 培養(yǎng)工程應(yīng)用能力

在數(shù)電的學(xué)習(xí)過程中會(huì)學(xué)習(xí)到種類繁多的集成電路，如數(shù)據(jù)選擇器74153，譯碼器74138等。不僅要訓(xùn)練學(xué)生分析使用已經(jīng)學(xué)過的集成電路芯片的能力，還要培養(yǎng)學(xué)生在遇到不曾使用過的集成電路時(shí)，通過閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)掌握芯片使用方法的能力。

在講課過程中，有意挑選若干典型的集成電路芯片，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的閱讀和分析，促進(jìn)學(xué)生從手冊(cè)中準(zhǔn)確理解芯片的功能表，性能指標(biāo)，時(shí)序邏輯控制等關(guān)鍵特性。

教學(xué)過程中配備相應(yīng)的實(shí)物展臺(tái)進(jìn)行課堂實(shí)物展示，給學(xué)生以更深刻的印象，增加學(xué)習(xí)的熱情。在課下布置小任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)或當(dāng)?shù)仉娮邮袌?chǎng)，實(shí)地了解一些常用的集成電路芯片的型號(hào)、性能和價(jià)格，并根據(jù)需求進(jìn)行選擇，提升學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

2 改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

對(duì)于一部分學(xué)生，特別是非電類專業(yè)，從學(xué)習(xí)電路基礎(chǔ)開始，就感到困難重重，原因是缺少電路基本知識(shí)，對(duì)生活中電子產(chǎn)品缺乏興趣，他們學(xué)習(xí)本課程知識(shí)僅是為了獲得學(xué)分，對(duì)于課程的意義和實(shí)用性并不清楚。針對(duì)這部分學(xué)生的特點(diǎn)，通過加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以有效地讓他們了解學(xué)習(xí)數(shù)電的意義，提高學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

目前實(shí)踐環(huán)節(jié)中，最主要的問題是為了做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不能把理論知識(shí)和實(shí)際操作結(jié)合起來，存在一些學(xué)生理論知識(shí)掌握的不錯(cuò)，但實(shí)際操作應(yīng)用能力比較薄弱，不懂得如何用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題。這就要求教師引導(dǎo)學(xué)生帶著問題做實(shí)驗(yàn)，在理論教學(xué)中留下一些疑問，讓學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中自己尋找答案，進(jìn)行驗(yàn)證。比如對(duì)于RS觸發(fā)器“不定”狀態(tài)這一概念，不易理解，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中設(shè)計(jì)對(duì)RS觸發(fā)器的功能驗(yàn)證，讓學(xué)生在動(dòng)手操作過程中切實(shí)了解“不定”的含義。

同時(shí)，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，為學(xué)生提供更多的選擇性，學(xué)生可根據(jù)自身的興趣選擇合適的題目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有助于提高學(xué)生的積極性和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境升級(jí)

在實(shí)驗(yàn)中用QuartusII 9.0設(shè)計(jì)開發(fā)軟件替代原有的MaxplusII，主要目的在于：一是，保持與時(shí)俱進(jìn)，當(dāng)前軟件開發(fā)公司已經(jīng)停止了對(duì)MaxplusII軟件的升級(jí)，改為推廣QuartusII軟件，后者的企業(yè)應(yīng)用更為廣泛；二是，之后現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)等專業(yè)課也將應(yīng)用QuartusII軟件，在數(shù)電學(xué)習(xí)階段提前使用，為后續(xù)熟練應(yīng)用該軟件進(jìn)行高階開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

在之前的試驗(yàn)中，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備的老舊影響了正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。后續(xù)即將投入使用的綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，集成了模擬電路模塊，數(shù)字電路模塊，EDA設(shè)計(jì)模塊和單片機(jī)模塊等，不僅滿足數(shù)電實(shí)驗(yàn)要求，還可承擔(dān)后續(xù)多門專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)硬件的升級(jí)增強(qiáng)了與后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的銜接，有利于相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的整合，進(jìn)行綜合性實(shí)訓(xùn)。

3 完善課程評(píng)價(jià)體系

目前由于我校的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單列，《數(shù)字電子技術(shù)》由平時(shí)成績(jī)和期末考試兩部分組成：平時(shí)成績(jī)占20%，包含學(xué)生的上課出勤率和平時(shí)的作業(yè)完成情況；期末考試占80%。

這種評(píng)價(jià)體系存在一定的片面性，期末考試權(quán)重較大，不利于對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和效果進(jìn)行全學(xué)期的綜合評(píng)價(jià)，也不利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中隨時(shí)把握自身情況，且容易造成學(xué)生考前突擊。

為改進(jìn)這一問題，在日常教學(xué)過程中增加過程性評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)多次隨堂小測(cè)試，隨機(jī)提問一到兩個(gè)問題，既可以復(fù)習(xí)鞏固上一節(jié)課的知識(shí)重點(diǎn)，查看學(xué)生的掌握情況，也可以取代點(diǎn)名，跳脫傳統(tǒng)的出勤考核模式。多次隨堂小測(cè)試成績(jī)?nèi)∑骄涤?jì)入最后成績(jī)，從而在整個(gè)學(xué)期時(shí)段內(nèi)提高學(xué)生的關(guān)注度和積極性。

4 結(jié)束語

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)的研究與探索是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工程，需要不斷的在實(shí)際教學(xué)中吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)不同的開設(shè)專業(yè)，設(shè)計(jì)多樣的培養(yǎng)方案和針對(duì)性的教學(xué)模式，不斷摸索，積極創(chuàng)新，通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4 版.北京：高等教育出版社，1998.

[2]潘明，潘松.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[3]王波，張巖，王美玲.“數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課程的改革[J].上海： 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2012，31（9）：121-123.

[4]晉春，李峰，張尤賽，張佳.基于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].上海：科技視界，2015（17），38-39.

[責(zé)任編輯：王偉平]