《數(shù)字電子技術(shù)》課程內(nèi)容和教學(xué)方法的探究與改革

沈亮 劉君實(shí) 董瑋 周敬然

摘要：針對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行探究，從理論與實(shí)驗(yàn)課程兩方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選取與整合，根據(jù)“以需求為出發(fā)點(diǎn)、以興趣為切入點(diǎn)、以互聯(lián)網(wǎng)為著力點(diǎn)、以考核為關(guān)鍵點(diǎn)”的改革理念對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：《數(shù)字電子技術(shù)》；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）34-0105-03

一、引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是工科電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一[1，2]，該課程作為我院（吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院）大二下學(xué)期所有專(zhuān)業(yè)（除理科試驗(yàn)班外）近500人的必修課程，并且該課程與后續(xù)的“高頻電子線路”、“微機(jī)原理”和“單片機(jī)原理”等多個(gè)專(zhuān)業(yè)課程聯(lián)系緊密，是教學(xué)體系中的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)中起到至關(guān)重要的作用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為適應(yīng)社會(huì)，順應(yīng)時(shí)代潮流[3，4]，我院的《數(shù)字電子技術(shù)》課程將進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上的探究與實(shí)踐[5]。

二、研究意義

一方面隨著大規(guī)模集成電路制造工藝和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)方面的知識(shí)也迅速更新[6，7]，因此調(diào)整數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容就成為必然。另一方面，高等學(xué)校是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、能力的主要陣地，恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容、解決實(shí)際問(wèn)題至關(guān)重要?！皵?shù)字電子技術(shù)”課程的新一輪探索與實(shí)踐將在以下兩方面起到重要作用。

1.以社會(huì)對(duì)人才的需求為教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。每年我院本科生500余人，近3/5的學(xué)生在完成本科學(xué)習(xí)之后選擇就業(yè)，并且大多數(shù)學(xué)生將就業(yè)主戰(zhàn)場(chǎng)選定為電子通信行業(yè)。隨著數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，行業(yè)中對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)的掌握尤為重視，因此，將以社會(huì)對(duì)人才的需求作為教學(xué)目標(biāo)，增強(qiáng)課程的實(shí)用性與學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用水平，與時(shí)俱進(jìn)，培養(yǎng)靈活的應(yīng)用型人才。

2.以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為依托，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。對(duì)于《數(shù)字電子技術(shù)》課程來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)課部分教學(xué)中，分模塊進(jìn)行，循序漸進(jìn)，以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生自上而下地進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和電路實(shí)現(xiàn)[8，9]，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮想象力，創(chuàng)新思維，創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

三、教學(xué)內(nèi)容改革

通過(guò)我院任課教師幾年來(lái)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，要以教材作為授課的依據(jù)與基礎(chǔ)，以社會(huì)對(duì)人才的需求作為教學(xué)目標(biāo)，把提升學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用水平作為教學(xué)核心，對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容上的改革。

1.理論部分課程內(nèi)容的改革。在理論知識(shí)授課過(guò)程中，我院采用高等教育出版社出版由清華大學(xué)電子學(xué)教研組閆石主編的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）進(jìn)行課堂授課。教材前三章為數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容，從第四章開(kāi)始涉及組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、硬件描述語(yǔ)言簡(jiǎn)介、脈沖波形的產(chǎn)生與整形以及數(shù)—模和模—數(shù)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。

近年來(lái)，通過(guò)我院多名教師對(duì)教材的分析總結(jié)，結(jié)合當(dāng)今數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以必須、夠用為尺度[10]，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理的選取與整合，整理得出理論部分授課內(nèi)容的最新安排：第一章：數(shù)制和碼制，重點(diǎn)內(nèi)容為1.3節(jié)不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換；第二章：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)，重點(diǎn)內(nèi)容為2.2節(jié)邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式、2.5節(jié)邏輯函數(shù)及其表達(dá)方式及2.6節(jié)邏輯函數(shù)的簡(jiǎn)化方法；第三章：門(mén)電路，重點(diǎn)內(nèi)容為3.3節(jié)CMOS門(mén)電路和3.5節(jié)TTL門(mén)電路；第四章：邏輯組合電路，重點(diǎn)內(nèi)容為4.2節(jié)TTL門(mén)電路、4.3節(jié)若干常用的組合邏輯電路以及4.4節(jié)組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)—冒險(xiǎn)現(xiàn)象；第五章：觸發(fā)器，重點(diǎn)內(nèi)容為5.2節(jié)SR鎖存器、5.3—5.5節(jié)電平/脈沖/邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器以及5.6節(jié)觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法；第六章：時(shí)序邏輯電路，重點(diǎn)內(nèi)容為6.2節(jié)時(shí)序邏輯電路的分析方法、6.3節(jié)若干常用的時(shí)序邏輯電路以及6.4節(jié)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法；第七章：脈沖波形的產(chǎn)生及整形，重點(diǎn)內(nèi)容為10.5節(jié)555定時(shí)器及其應(yīng)用；第八章：數(shù)—模和模—數(shù)轉(zhuǎn)換，重點(diǎn)內(nèi)容為11.2節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器和11.3節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器。

2.實(shí)驗(yàn)部分課程內(nèi)容的改革?！稊?shù)字電子技術(shù)》作為一門(mén)基礎(chǔ)課程，需要學(xué)生動(dòng)手操作來(lái)鞏固并掌握所學(xué)知識(shí)，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作緊密結(jié)合，進(jìn)一步達(dá)到與實(shí)際應(yīng)用相接軌的目的。我院在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，自行編撰實(shí)驗(yàn)教材，并于理論課程結(jié)束后展開(kāi)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。目前，經(jīng)過(guò)多位教師的討論與修改，實(shí)驗(yàn)課程授課內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)一：TTL各種門(mén)電路功能檢測(cè)，主要包括：（1）與非門(mén)邏輯功能測(cè)試；（2）或非門(mén)邏輯功能測(cè)試；（3）與或非門(mén)邏輯功能測(cè)試；（4）異或門(mén)邏輯功能測(cè)試；（5）利用74LS00二輸入與非門(mén)實(shí)現(xiàn)“與電路”、“或電路”、“或非電路”、“異或電路”。實(shí)驗(yàn)二：組合邏輯電路分析，主要包括：（1）分析驗(yàn)證半加器的邏輯功能；（2）分析驗(yàn)證全加器的邏輯功能；（3）分析驗(yàn)證半減器的邏輯功能；（4）分析驗(yàn)證全減器的邏輯功能；（5）分析四位奇偶校驗(yàn)器的邏輯功能；（6）分析四元碼/反碼轉(zhuǎn)換器的邏輯功能。實(shí)驗(yàn)三：變量（三—八）譯碼器實(shí)驗(yàn)，主要包括：（1）譯碼器邏輯功能測(cè)試；（2）利用譯碼器構(gòu)成全加器；（3）利用74LS138和74LS20設(shè)計(jì)一個(gè)多輸出函數(shù)。實(shí)驗(yàn)四：觸發(fā)器，主要包括：（1）以74LS238為例，了解全加器及其應(yīng)用；（2）以74LS153為例，了解數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)五：計(jì)數(shù)器，主要包括：（1）74LS74D觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試；（2）74LS112 JK觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試；（3）74LS112 JK觸發(fā)器和74LS00與非門(mén)構(gòu)成D觸發(fā)器。

四、教學(xué)方法的改革

在我院多年的《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)實(shí)踐中，貫徹了“以需求為出發(fā)點(diǎn)、以興趣為切入點(diǎn)、以互聯(lián)網(wǎng)為著力點(diǎn)、以考核為關(guān)鍵點(diǎn)”的教學(xué)改革理念，將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合，在此基礎(chǔ)上采用以下幾種方式對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革。

1.以需求為出發(fā)點(diǎn)，增加開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在教學(xué)方法上，為適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求，著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型人才。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，加入拓展思維的設(shè)計(jì)性、綜合性的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，布置實(shí)用性問(wèn)題，推動(dòng)學(xué)生自己思考設(shè)計(jì)，并動(dòng)手操作來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫11]。例如：在變量（三—八）譯碼器實(shí)驗(yàn)中，可以讓同學(xué)們利用譯碼器實(shí)現(xiàn)表決器，規(guī)定三人投票表決，A有一票否決權(quán)，并且在A同意時(shí)，B、C至少有一位投贊成票時(shí)才能通過(guò)，要求設(shè)計(jì)電路并實(shí)現(xiàn)上述功能。通過(guò)這種簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們?cè)谕瓿蓪?shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)所學(xué)知識(shí)加以鞏固，加深對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)將所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際的生活生產(chǎn)之中，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力[12]，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后步入社會(huì)、順應(yīng)社會(huì)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.以興趣為切入點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)小組參賽。當(dāng)下，高校學(xué)生參與“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”、“挑戰(zhàn)杯”等專(zhuān)業(yè)知識(shí)競(jìng)賽越來(lái)越常態(tài)化，而數(shù)字電子技術(shù)作為參賽者所必須掌握的基礎(chǔ)課程[13]，在教學(xué)方式上，體現(xiàn)為以興趣作為切入點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生多學(xué)、多練。一方面，課堂上成立普通學(xué)習(xí)小組進(jìn)行學(xué)習(xí)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)共同討論，共同研究，以強(qiáng)帶弱，以弱促?gòu)?qiáng)，形成一種自主互助的學(xué)習(xí)模式，保證90%以上的學(xué)生掌握該課程的基本知識(shí)；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生形成競(jìng)賽學(xué)習(xí)小組，從興趣出發(fā)，有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，達(dá)到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的目的，并鼓勵(lì)學(xué)生參賽，教師進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的深入剖析，重點(diǎn)講解，充分為參賽小組提供保障，使我院學(xué)生真正做到競(jìng)賽常態(tài)化，培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的專(zhuān)業(yè)性人才。目前我院學(xué)生已獲得“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)。

3.以互聯(lián)網(wǎng)為著力點(diǎn)，建立專(zhuān)用課程網(wǎng)站。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)等多媒體形式在教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，在我院《數(shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)當(dāng)中，已采用板書(shū)與PPT相結(jié)合的形式，使得更多課程的教授更加直觀，易于理解。在此基礎(chǔ)上，以互聯(lián)網(wǎng)為著力點(diǎn)，建立《數(shù)字電子技術(shù)》專(zhuān)用課程網(wǎng)站，形成立體化的網(wǎng)絡(luò)教室，設(shè)立包括課程概況、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、在線作業(yè)提交、成績(jī)公示、Q&A（常見(jiàn)問(wèn)題問(wèn)答）、教學(xué)資料和互動(dòng)等欄目模塊，利用主流媒體視頻技術(shù)，把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容制作成視頻，放在課程中心網(wǎng)站，供學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)，形成與學(xué)生長(zhǎng)期的有效互動(dòng)，利用科技手段達(dá)到現(xiàn)代與傳統(tǒng)教學(xué)模式的結(jié)合。

4.以考核為關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)行考核制度改革。建立一套以基本知識(shí)和應(yīng)用能力為主的課程考核方法，既能考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，又能對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力進(jìn)行檢測(cè)。目前我院對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》理論課程部分采取平時(shí)成績(jī)、期中考試和期末考試共同考核的方式，各占總成績(jī)的20%、30%、50%。平時(shí)成績(jī)以課堂出勤率和平時(shí)作業(yè)為主要依據(jù)，考核學(xué)生的聽(tīng)課和課后鞏固等情況；期中考試與期末考試采用閉卷答題形式，考查學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程部分，采用平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)相結(jié)合的考核方式，平時(shí)成績(jī)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，期末成績(jī)以試卷分?jǐn)?shù)為主，各占總成績(jī)的60%和40%?？己酥贫确矫?，我院在原有考核形式基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)考核中加入開(kāi)放性設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn)，考試時(shí)隨機(jī)抽取題目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力，激發(fā)他們的創(chuàng)造性和開(kāi)放性，引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)踐技能、綜合分析為主，真正理解所學(xué)的知識(shí)，使學(xué)生既鞏固理論知識(shí)又訓(xùn)練動(dòng)手能力。

五、結(jié)語(yǔ)

《數(shù)字電子技術(shù)》課程內(nèi)容與教學(xué)方法的改革在我院實(shí)際教學(xué)中成效顯著，一方面探索出適合于不同層次、不同理論基礎(chǔ)的學(xué)生的教學(xué)方法，保證90%以上的學(xué)生能夠掌握該課程的基本知識(shí)，達(dá)到課程的基本要求；另一方面完善和更新了《數(shù)字電子技術(shù)》的理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，使得課程內(nèi)容更加符合實(shí)用性的基本需求，順應(yīng)當(dāng)下社會(huì)電子技術(shù)的發(fā)展，為社會(huì)輸送了更多的創(chuàng)新型、綜合型人才。

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