談數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)改革

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摘要：該文通過分析數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程考核等方面對該課程的教學(xué)模式與方法進行總結(jié)，并提出一些教學(xué)改革措施。近年來的教學(xué)實踐表明，這些改革措施能有效提高教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生“雙創(chuàng)”實踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路；教學(xué)改革；教學(xué)模式；實踐能力

數(shù)字邏輯電路是計算機科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過對該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事與數(shù)字電路相關(guān)的工作打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。為了適應(yīng)工程認(rèn)證建設(shè)和提高學(xué)生“雙創(chuàng)”實踐能力的需要，近年來對計算機專業(yè)的課程體系進行了調(diào)整，增加了部分工程實踐類的課程。在新的培養(yǎng)方案中，數(shù)字邏輯電路課程總學(xué)時與之前相比有所壓縮。傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法已不能適應(yīng)當(dāng)今社會對高素質(zhì)、高技能IT人才培養(yǎng)的要求，因此有必要實施課程教學(xué)改革。本文圍繞如何實現(xiàn)具有“雙創(chuàng)”實踐能力的應(yīng)用型計算機專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，對數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)改革進行探討。

1教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字邏輯電路課程的主要內(nèi)容包括邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器和時序邏輯電路等[1]。該課程具有理論與實踐結(jié)合緊密、知識點多、邏輯性強的特點[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師講解為主導(dǎo)，主要講授電路結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計方法等，使學(xué)生掌握一些基本的電路工作原理和操作技能。多媒體技術(shù)雖然在教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，但主要是基于幻燈片的演示，局限于對知識的講解。目前實驗教學(xué)主要采用集成實驗箱，與早期使用的面包板相比，具有布線少、成功率高的優(yōu)點，但不利于學(xué)生對實驗原理的深入理解和拓展應(yīng)用。傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然能夠系統(tǒng)地講解課程知識，但不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實踐應(yīng)用能力，不能實現(xiàn)新的培養(yǎng)目標(biāo)。

2理論教學(xué)改革

2.1教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點來設(shè)置。針對計算機類專業(yè)學(xué)生,課程的側(cè)重點在于數(shù)字電路的基本原理和數(shù)字系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法，而對于集成電路則不必深究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對門電路部分知識，重點講解CMOS門電路和TTL門電路的特點和使用方法，而對其電路結(jié)構(gòu)只做簡單介紹就可以。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生初步掌握運算器、存儲器、時序、總線等內(nèi)容，為后續(xù)的計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)等課程打好基礎(chǔ)。講授要突出重點和難點，使學(xué)生理解關(guān)鍵問題，牢固掌握所學(xué)知識。教學(xué)要與時俱進，可以適當(dāng)拓展一些電子技術(shù)發(fā)展前沿的內(nèi)容。

2.2知識點的銜接

數(shù)字邏輯電路課程的知識點較多，學(xué)習(xí)難度大。在教學(xué)過程中要循序漸進，注意知識點之間的銜接。有些知識點在后面的內(nèi)容中會用到，在講解前面的器件時就可以先把用途介紹一下，比如譯碼器可以用于存儲器，觸發(fā)器可以用于計數(shù)器，在講解后面的內(nèi)容時把用到的之前學(xué)過的知識點再回顧一下，這樣前后呼應(yīng)，有利于學(xué)生對知識點的融會貫通。有些知識點可以對比學(xué)習(xí)，比如觸發(fā)器的三種觸發(fā)方式（電平觸發(fā)、邊沿觸發(fā)和脈沖觸發(fā)）、MOS管的四種類型（N溝道增強型、P溝道增強型、N溝道耗盡型和P溝道耗盡型）等，可以通過對比來介紹。有些芯片的使用方法是相似的，比如計數(shù)器74160和74161的引腳功能是相同的，區(qū)別只是采用的數(shù)制不同。

2.3教學(xué)方式的靈活運用

為了增強課堂互動，課程教學(xué)可采用講授和討論相結(jié)合的方式。運用現(xiàn)代化多媒體手段，通過圖像、視頻、動畫等多種形式生動地演示數(shù)字電路的電路圖、工作原理和狀態(tài)變化。采用任務(wù)驅(qū)動的方式[3]，明確每堂課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。采取案例式教學(xué)方式，結(jié)合日常生活中的電路來講解[4]，比如時序電路部分以交通燈控制器為例，順序脈沖發(fā)生器以流水燈為例，555定時器以簡易電子琴為例。通過向?qū)W生展示生動的實例，有利于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解，并且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。充分利用網(wǎng)絡(luò)條件，加強課下的輔導(dǎo)和答疑，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，解答存在的疑惑，消除學(xué)生的畏難情緒，提高學(xué)習(xí)的自信心。

3實驗教學(xué)改革

3.1實驗設(shè)置

通過實驗，能夠使學(xué)生將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計和實踐能力。實驗項目分為驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗三類。除了必做實驗之外，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，可以開設(shè)一些開放性的實驗，由學(xué)生自己查閱資料并設(shè)計出實驗方案。指導(dǎo)學(xué)生進行各種電子作品設(shè)計，如警報器、密碼鎖、搶答器等。鼓勵學(xué)生參加電子設(shè)計競賽。

3.2傳統(tǒng)實驗和仿真實驗相結(jié)合

傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路實驗一般通過在面包板或?qū)嶒炏渖洗罱娐穪韺崿F(xiàn)，由于受到實驗儀器的功能和數(shù)量的限制，實驗具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在開出的實驗項目固定、容納的學(xué)生人數(shù)少，不利于課下自學(xué)，在一定程度上限制了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在實驗過程中遇到接觸不良、芯片損壞等問題，需要花費很多時間用于排錯，將會影響實驗的成功率和學(xué)生做實驗的積極性。目前已有一些較為成熟的EDA仿真軟件，如Multisim和Protel等。仿真軟件提供了直觀的圖形界面、豐富的元器件和測試儀器、詳細(xì)的電路分析功能，借助于仿真軟件，可以突破場地和器件的限制，有利于學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，使學(xué)生能夠快速、靈活地進行電路的設(shè)計和驗證，還可對設(shè)計的電路進行分析，加深對電路的理解。當(dāng)然，采用仿真實驗也有不足之處，比如與實際脫節(jié)、印象不深刻、對動手能力和排錯能力的鍛煉不足等[5]。因此，將傳統(tǒng)實驗方式和仿真實驗結(jié)合，能夠取長補短，取得更好的實驗教學(xué)效果。如果條件允許，學(xué)生還可以對設(shè)計的電路進行制板、焊接、組裝和調(diào)試等，實現(xiàn)實際的電路設(shè)計。

3.3實驗考核

以前對實驗的考核基本上是以實驗報告作為主要評分依據(jù)。為了更好地督促學(xué)生完成實驗，現(xiàn)在實驗考核包括了實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、回答問題和實驗報告等幾個環(huán)節(jié)。要求學(xué)生在實驗前進行預(yù)習(xí)和仿真，并寫好預(yù)習(xí)報告。在完成實驗內(nèi)容后，現(xiàn)場演示實驗效果，教師進行驗收并有針對性地提一些問題讓學(xué)生來回答，考查學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解程度。學(xué)生在完成實驗后，在規(guī)定的時間內(nèi)提交實驗報告。教師對各實驗環(huán)節(jié)做好記錄和打分，最后評定出實驗成績。

4課程考核改革

數(shù)字邏輯電路課程的考試重點由以前的知識測驗向能力考查轉(zhuǎn)變，主要考查學(xué)生對知識的理解和靈活運用、分析問題和解決問題的能力，而不是以機械記憶為主。根據(jù)畢業(yè)要求進行命題組卷，題型以分析和設(shè)計題等主觀題為主，并設(shè)置部分開放性的試題，允許有不同的答案。課程成績根據(jù)平時成績、實驗成績和考試成績進行計算，可以合理調(diào)整各項成績的比例。按照專業(yè)認(rèn)證的要求，填寫專業(yè)認(rèn)證“五表”，即命題審批表、課程考核分析與總結(jié)報告、落實畢業(yè)要求情況自評表、課程達(dá)成情況評價表、課程考核與達(dá)成度評價合理性確認(rèn)表。認(rèn)真做好分析總結(jié)，找出存在的問題，持續(xù)改進提高。

5結(jié)語

本文總結(jié)了數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)經(jīng)驗，對該課程的教學(xué)改革進行了探索。近幾年來教學(xué)實踐證明，這些課程教學(xué)改革措施取得了良好的教學(xué)效果，對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”實踐能力起到了一定的促進作用。

參考文獻(xiàn)

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2016.

[2]朱銘琳.數(shù)字電路課程教學(xué)改革研究[J].科技風(fēng),2019(32):77.

[3]單玉燕.數(shù)字邏輯電路教學(xué)方法的探討[J].山東工業(yè)技術(shù),2018,277(23):233.

[4]任玲,張寧,岑紅蕾.“數(shù)字邏輯電路”多元化教學(xué)設(shè)計與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2019,41(5):101-105.

[5]趙權(quán)科,韓延義,秦曉梅,等.“數(shù)字電路實驗”課程新型實驗教學(xué)模式改革與探索[J].工業(yè)和信息化教育,2019(10):54-58.

作者：肖春寶 張明川 吳慶濤 單位：河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院