兩本《數(shù)字電子技術(shù)》教材應(yīng)用對比與啟示

(重慶理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，重慶 400054)

隨著信息化時代的到來，“數(shù)字化”已經(jīng)融入社會生活的各個領(lǐng)域，帶動了社會各行業(yè)的發(fā)展，也引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)字化產(chǎn)品產(chǎn)生了濃厚的興趣。數(shù)字電子技術(shù)作為高校電子類專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生獲得數(shù)字電子技術(shù)方面的基本知識、基本理論和基本技能，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)掌握數(shù)字電路與系統(tǒng)的工作原理和分析設(shè)計方法，學(xué)會認(rèn)識并使用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)集成電路和高密度可編程邏輯器件，掌握數(shù)字系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各種超大規(guī)模集成電路的系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)。由此可見，數(shù)字電子技術(shù)在高校電子類專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要地位。

教材是本科課堂教學(xué)過程中重要的知識載體，是教師組織教學(xué)活動的主要線索，也是學(xué)生課后學(xué)習(xí)的主要工具之一。本文以目前正使用的兩本教材為例：高教出版社出版、閻石主編的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第6版)》(以下記為“教材A”)[1]和電子工業(yè)出版社出版、FLOYD主編、上海交通大學(xué)余璆翻譯的《數(shù)字電子技術(shù)(第10版)》(以下記為“教材B”)[2]，對其內(nèi)容及教學(xué)應(yīng)用情況做簡單對比分析，借以對數(shù)字電子技術(shù)課程的建設(shè)提供借鑒作用。

1 教材對比

1.1 教材前言對比

兩本教材都在前言中指出了數(shù)字電子技術(shù)課程在電子類專業(yè)的基礎(chǔ)地位：它是講解數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用的課程，是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程、高級技術(shù)領(lǐng)域所需要的基本概念和基本知識的課程，以便學(xué)生進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)。

1.2 章節(jié)內(nèi)容對比

兩本教材的章節(jié)目錄如表1所示。

表1 教材目錄對比

教材A：在延續(xù)原有基本知識內(nèi)容和結(jié)構(gòu)框架基礎(chǔ)上，分隔了數(shù)制和碼制單獨成章，補充了二進(jìn)制補碼運算內(nèi)容，以適應(yīng)后續(xù)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計注重數(shù)字基礎(chǔ)的趨勢；主要強調(diào)了COMS門電路的介紹；觸發(fā)器部分按照觸發(fā)方式分類引入，強調(diào)外部特性而淡化內(nèi)部具體電路結(jié)構(gòu)；增加了可編程邏輯器件、硬件描述語言、Multisim仿真分析等內(nèi)容介紹(放在第4章組合邏輯電路和第6章時序邏輯電路兩章后面，不再單獨成章)；采用了國際上流行的圖形邏輯符號；刪除了一些非基本內(nèi)容(動態(tài)移位寄存器、非精密的壓控振蕩器、串行輸入的DAC、串行輸出的ADC等)。

教材B：章節(jié)數(shù)量多，用了較大篇幅強調(diào)基本概念，比如第1～4章僅僅對應(yīng)了教材A的1～2章；5～6章對應(yīng)了教材A的第4章；7～10章對應(yīng)教材A的5～6章；第11章對應(yīng)教材A的第8章；第12章對應(yīng)教材A的第3章，主要介紹了門電路的電路結(jié)構(gòu)特點及外部電器特性。教材B沒有添加可編程邏輯器件和硬件描述語言，整本書給人感覺一直隨著邏輯的概念和應(yīng)用在展開，章節(jié)后面最多添加了Multisim仿真范例，在其附錄中才補充了卡諾圖或與項的最小化，Q-M方法(奎恩-麥克拉斯基化簡法)以及數(shù)字電路NI multisim 仿真。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，該教材第11版也增加了硬件描述語言VHDL的工程例程介紹以及基于兩大芯片(Altera和Xilinx)的VHDL工程應(yīng)用實例，不過多在相關(guān)教學(xué)網(wǎng)站供學(xué)生課外自行驗證。

1.3 內(nèi)容細(xì)節(jié)對比

教材A：教材框架清晰，理論基礎(chǔ)內(nèi)容詳實，每一章都有內(nèi)容提要和基本概念概述，每種分析方法和設(shè)計方法都有詳細(xì)的步驟說明；每章節(jié)后都有復(fù)習(xí)思考題，每章結(jié)束都有相應(yīng)的本章小節(jié)和習(xí)題；習(xí)題范圍涉及章節(jié)中每個知識點，多為綜合題型?？偟膩碚f，教材A是一本國內(nèi)高校數(shù)字電子技術(shù)課程應(yīng)用很廣的經(jīng)典教材。

教材B：理論闡述不多，敘述風(fēng)格以講解知識點概念和應(yīng)用為主，知識原理的講解較為詳細(xì)和清晰，一些章節(jié)帶有實例或綜合舉例，同時結(jié)合數(shù)字邏輯電路，介紹一些計算機小知識。每章都有數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用的內(nèi)容，理論聯(lián)系實踐，結(jié)合工程實例認(rèn)識數(shù)字系統(tǒng)分析設(shè)計初步，章節(jié)后有關(guān)鍵詞、判斷、選擇等多種方式的復(fù)習(xí)小結(jié)；每章最后對應(yīng)給出相應(yīng)大量且知識點重復(fù)的習(xí)題，反復(fù)強化對基本概念的認(rèn)識，非常適合初學(xué)者快速入門。

1.4 教學(xué)實施情況對比

教材A：有很好的配套課件，與教材高度一致，非常便于教學(xué)實施授課。但是高度的專業(yè)知識理論歸納，以及相對綜合性較高的習(xí)題，在引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考的習(xí)慣上效果甚微。在教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和工程應(yīng)用實踐能力培養(yǎng)，還有待進(jìn)一步商榷。而且具體教學(xué)過程中硬件描述語言VHDL、可編程邏輯器件、門電路內(nèi)部等教學(xué)內(nèi)容大多不是重點教學(xué)內(nèi)容，各高校視自身情況而選擇性教學(xué)或要求。

教材A是一本經(jīng)典的數(shù)電教材，知識系統(tǒng)，理論扎實，教材編寫結(jié)合當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的前沿，在學(xué)時足夠的情況下由教師合理組織，學(xué)生慢慢消化，教學(xué)效果會非常好。但現(xiàn)實是各高校學(xué)時都在減少，數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)學(xué)時都不大于64學(xué)時，最低的只有40學(xué)時。這種情況下，教材A顯得內(nèi)容較多，練習(xí)較少，學(xué)生在閱讀理解上要跟上教師的授課進(jìn)度，并在短時間內(nèi)迅速熟悉數(shù)電基本知識并加以應(yīng)用有一定的困難。

教材B：沒有相應(yīng)的課件，教師必須自己準(zhǔn)備；教材內(nèi)容沒有高度歸納整理，所有的知識點應(yīng)用分析多為排列敘述，閱讀者需要自己歸納整理所得信息，授課老師可以有很寬闊的空間引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；學(xué)生也能從簡到繁遵循學(xué)習(xí)的科學(xué)性，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。教材B基礎(chǔ)內(nèi)容講解詳細(xì)且練習(xí)多，內(nèi)容簡明，強調(diào)應(yīng)用實踐但不脫離基本知識范疇，閱讀理解容易，學(xué)生入門容易。

教材B在筆者所在學(xué)校少學(xué)時數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中選用了兩年。授課教師應(yīng)用體會是：這本教材更便于學(xué)生閱讀，內(nèi)容主線單一，能牢固掌握其基本知識，學(xué)生入門明顯較選用教材A的普通學(xué)生快。當(dāng)然也有缺點，由于學(xué)時短、教材厚，后續(xù)數(shù)字系統(tǒng)綜合及應(yīng)用、工程實踐部分有賴于教師自身的提煉，也有賴于學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和興趣。

2 對比啟示

教材是教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，教師組織教學(xué)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)很大程度上主要是通過教材來開展的。教材編寫和選用應(yīng)該以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識為目標(biāo)，在基礎(chǔ)知識中結(jié)合信息技術(shù)發(fā)展新技術(shù)新知識的同時，還要遵循學(xué)習(xí)的科學(xué)規(guī)律，適當(dāng)取舍，循序漸進(jìn)，主線分明。教師在教學(xué)設(shè)計中也當(dāng)如此。

1)結(jié)合信息技術(shù)發(fā)展，專業(yè)基礎(chǔ)性課程教材不失其基礎(chǔ)性。

進(jìn)入21世紀(jì)，信息技術(shù)發(fā)展迅速，對高校的學(xué)科建設(shè)、課程建設(shè)乃至教材建設(shè)都產(chǎn)生了很大的影響。2010 年和2012 年出臺的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年)》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》，進(jìn)一步加快了我國教育信息化的步伐，對高校學(xué)科課程教學(xué)改革提出了新的要求、新的思路。數(shù)字電子技術(shù)課程與電子技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，其課程的工程實踐性要求高，但是在電子類各專業(yè)人才培養(yǎng)體系中又處于基礎(chǔ)性地位。因此在課程教學(xué)及教材編寫中應(yīng)結(jié)合新技術(shù)、新信息的發(fā)展與時俱進(jìn)，同時也不忘其基礎(chǔ)性的根本要求，即幫助學(xué)生熟悉并掌握學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)所需要具備的基本概念和基本知識。合理組織利用時代發(fā)展的信息，根據(jù)社會需求發(fā)展及時更新課程體系，是課程建設(shè)、教材建設(shè)順應(yīng)21世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[3]。

2)結(jié)合工程案例式教學(xué)，促進(jìn)專業(yè)基礎(chǔ)性課程與后續(xù)專業(yè)高階課程學(xué)習(xí)銜接。

隨著數(shù)字電子技術(shù)、集成電路設(shè)計、制造技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，高等教育的課程設(shè)置中出現(xiàn)了大量引領(lǐng)電子技術(shù)發(fā)展方向的專業(yè)課程，如DSP技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、SOPC技術(shù)、PLD技術(shù)、EDA技術(shù)、硬件描述語言等。這些課程共同的專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)課程的地位和作用也被推到了前所未有的高度，同時也對數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容提出了極大的挑戰(zhàn)[4]。數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)開篇應(yīng)該介紹電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和廣泛應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生了解目前數(shù)字化時代技術(shù)發(fā)展前沿；在教學(xué)中，理論與實踐相結(jié)合，應(yīng)用EDA計算機仿真軟件把硬件描述語言納入課程，文獻(xiàn)[5]更是直接應(yīng)用硬件描述語言實現(xiàn)數(shù)字電路的基本原理的介紹；在課程中加強工程案例教學(xué)，通過案例學(xué)習(xí)激發(fā)學(xué)生對后續(xù)專業(yè)高階課程的學(xué)習(xí)興趣，并幫助學(xué)生打下牢固的數(shù)字電路學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

3)遵循學(xué)習(xí)科學(xué)性進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維。

相較于教材A，教材B在理論知識的闡述方式上更為生動詳細(xì)，更利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在引入每個新的知識點時，兩本教材都會給出總體介紹，教材B除了采用邏輯代數(shù)描述之外，更多地會用實際電路的工作波形，即時序圖來分析說明，例題講解提供詳細(xì)的分析過程說明，例題之后還提供相關(guān)的計算機小知識，每章后都有實用性強的綜合數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用范例介紹。整本書的末章和附錄給出門電路的內(nèi)部電路機理和外特性參數(shù)，以及系統(tǒng)綜合設(shè)計的方法、步驟和系統(tǒng)設(shè)計實例。教材B在整本書乃至每章的前半部分注重基本概念和基本知識的強化訓(xùn)練，后半部分輔以實用性強的工程實踐介紹，在促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)和思維訓(xùn)練上能夠很好地遵循學(xué)習(xí)的科學(xué)規(guī)律，有利于學(xué)生自我學(xué)習(xí)提升。

3 結(jié)論

大學(xué)教育的根本目的是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)性的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維。課堂教學(xué)是目前大學(xué)教學(xué)的主要手段，教材是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的第一手資料。在專業(yè)基礎(chǔ)性課程教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容不必面面俱到，教材選用和教學(xué)設(shè)計重點應(yīng)該是強調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本概念，遵循學(xué)習(xí)的科學(xué)性和認(rèn)知性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維、專業(yè)認(rèn)知，更應(yīng)注重思考習(xí)慣養(yǎng)成以及對后續(xù)專業(yè)方向的引導(dǎo)，努力做到“知識概念清晰，圖文閱讀由淺入深循序漸進(jìn)，知識引導(dǎo)主線明確，便于理解”是非常重要的。