信息技術在《數字電路》課程改革中的應用

摘要：針對目前《數字電路》課程教學的現狀，提出了課程教學改革的基本思路：利用web技術、虛擬實驗、電子設計自動化等信息技術，推進數字電路理論教學、課程實驗和課程設計等環節的改革，從而提高數字電路的教學質量，多渠道培養學生的實踐和創新能力。

關鍵詞：數字電路；教學改革；web技術；虛擬實驗；電子設計自動化

1 引言

數字電路課程是高等院校電子電氣和信息類專業的重要專業基礎課，隨著電子技術的飛速發展，傳統的數字電路教學模式已不能滿足新時代對人才培養的需要，教學內容、教學方法的改革勢在必行。傳統的數字電路課程的教學是由理論教學、課程實驗和課程設計等環節組成，對數字電路課程的改革就必須從這三個環節著手。

隨著科學技術的發展，越來越多的信息技術被廣泛地運用到教學的各個環節中，信息技術與課程緊密結合，是當前現代信息技術教育普及過程中的一個熱點，也是全面實施素質教育，培養學生創新意識和實踐能力的重要手段。

2 利用信息技術，改革數字電路理論教學方法

傳統的數字電路理論教學方法已遠遠不能滿足新時代的教學要求。傳統教學方法采用黑板或多媒體課件教學，都是面向群體的單向傳播，教學過程中教學效果得不到及時反饋，學生沒有自主權，只能被動接受課件，這從根本上排斥了學生的求知欲，不能持久激發學生的學習興趣，達不到培養能力的教學目的和教學效果。

隨著計算機技術、網絡技術、通信技術日益成熟，網絡教學已成為現代教育技術發展的熱點。要改革數字電路傳統使用多媒體課件的教學方式，就要利用web技術設計一個數字電路課網絡教學系統，這種系統采用B／S體系機構，如圖1所示。這種模式在邏輯上將應用功能分為三層；客戶層、Web服務器層、數據服務器層。客戶層只用來實現人機交互。對于Windows操作系統，只需要一種通用的web瀏覽器軟件，如IE等就可以滿足需要。Web服務器層用來響應客戶端的請求，利用ASP可以動態生成HTML代碼，并將處理結果嵌入其中，返回給客戶端的瀏覽器。數據服務器層僅僅提供數據信息服務，實現數據庫管理。當客戶端提交的請求包括數據的存取時，web服務器將與數據庫服務器一起工作。

數字電路網絡教學系統設計成3個子系統：教師子系統、學生子系統、管理子系統。系統功能模塊劃分如圖2所示，這是一個遠程開放式教學系統，教師可以利用平臺實現課程發布，課程管理，批改學生作業，參與學生談論等；學生可以隨時利用網絡瀏覽各種學習資源、自我設計學習進度、開展學習討論、完成學習任務、實現遠程學習。總之這種網絡教學系統可以充分調動學生的學習積極性和主動性。

3 利用信息技術，推進數字電路實驗教學改革

傳統的實驗教學通常在實驗室完成，受實驗設備的數量、指導老師的人數、實驗學時的限制，實驗只能分組進行，因而學生接觸實驗設備和儀器的機會很少，相當多的學生是在看實驗而不是在做實驗，教學效果不理想。

針對傳統實驗教學的不足，可以利用信息技術，開發網絡虛擬實驗室，推進數字電路實驗教學改革。數字電路網絡虛擬實驗采用組件化、標準化的開發思路，就是用面向對象的思想將實驗中可能使用到的各種器件，如電源、信號源、時鐘、導線，開關、分立元件、常用邏輯芯片、發光二極管，數碼管、萬用表、示波器等制作成標準器件，形成“標準器件庫”；對于所有實驗中的公共功能，如布線拆線功能、連線正確性檢查、電路邏輯功能的模擬、輸出結果的計算等專門抽取出來，設計成“公共功能組件”-這樣依據“標準器件庫”和“公共功能組件”就可以很方便開發出功能強大的、易于擴充的、通用化的數字電路虛擬實驗平臺。

數字電路網上虛擬實驗室建立在網絡上，不受場地的限制，可以在不同地域、不同終端上進行虛擬實驗，這就拓寬了實驗室的空間。另外，網上虛擬實驗室具有良好的在線幫助和學習功能，使學習者快速、廉價地獲取各種知識和技能，經過虛擬實驗的先期訓練，使學生帶著目的，帶著問題進入傳統的實驗室，省去了大量的課堂講授時間，使實驗者把更多的精力集中在實驗研究方面。這樣就可以充分利用虛擬實驗的技術，推進數字電路實驗教學的改革。

4 利用信息技術，改進數字電路課程設計方法

傳統數字電路課程設計方法是基于固定功能的標準芯片去搭建一個系統，這種設計方法不僅缺乏靈活性，設計效率低，而且需要的芯片數量大、品種多，電路顯得十分復雜，查錯、糾錯困難，可靠性比較差。同時，傳統的課程設計也受到實驗器材、場地、經費等條件的制約，加上課題品種、實現方法單一，功能簡單，常常是許多學生都做同樣的一、二個課題。再者采用中小規模集成電路設計系統，電路連線復雜，查錯比較困難，學生有相當一部份精力牽制在復雜的連線上，容易感到枯燥、乏味、缺乏創新。因此傳統方法在一定程度上制約了學生個性和創新思維的發展，無法充分激發學生的創新能力，必須進行改革。

隨著電子技術的飛速發展，EDA(Electronic Dean Automation即電子設計自動化)已經成為數字電路系統設計的重要手段。EDA是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果而形成的一門新技術，是一種能夠設計和仿真電子電路或系統的軟件工具。它是以大規模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門新技術。

在數字電路課程設計中引入EDA技術，利用EDA軟件的引導設計、仿真調試、實時驗證等功能進行數字系統設計調試，既避免了復雜的電路分析過程，減少了不必要的浪費，又增強了直觀性和真實感，還能夠幫助學生大膽嘗試新的思維模式，培養創新能力，極大的提高了學生的學習興趣。

5 結束語

近幾年實踐證明，對數字電路教學改革力度必須加大，必須做到對數字電路理論教學，課程實驗和課程設計每個環節的改革，改革過程中要充分利用不斷發展的信息技術，正如本文提到的利用web技術設計網絡教學系統改革傳統理論教學方法；利用虛擬實驗技術推進實驗教學改革、利用EDA技術改進傳統的課程設計方法。總之只有通過多渠道、多途徑改革數字電路的教學方法，不斷提高數字電路的教學質量，才能真正做好對學生實踐和創新能力的培養。

參考文獻：

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