面向“產學研用”的數電技術教學改革探索

摘要：為貫徹“培養城市和區域經濟社會發展服務的應用型高級專門人才”的辦學理念，考慮到數字電子技術課程實踐性強的特點，在教學過程中堅持“產學研用”結合，讓學生成為課堂內外的真正主體，充分發揮學生的主觀能動性，從而達到提高學生創新能力和工程實踐能力的目的。實踐表明，面向“產學研用”的數字電子技術教學改革不僅能更好地提高學生分析問題和解決問題的能力，還能大力提高學生創新與工程應用的能力。

關鍵詞：數字電子技術；產學研用；創新能力；工程實踐能力

作者簡介：周來秀（1969-），女，湖南益陽人，湖南城市學院通信與電子工程學院，副教授；蔣練軍（1966-），男，湖南安化人，湖南城市學院通信與電子工程學院，教授。（湖南 益陽 413000）

基金項目：本文系2011年湖南城市學院教學改革研究項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0132-02

數字電子技術是電類工科的專業基礎課程，對學生后續專業課程的學習有直接的決定性作用，在歷屆電子競賽中也少不了數字電子技術的基礎知識。該課程不僅具有自身的理論知識體系，同時也是一門實踐性很強的課程。[1]

根據湖南城市學院“立足行業，面向基層，強化實踐，突出城市主題，‘產學研用’結合，培養為城市和區域經濟社會發展服務的應用型高級專門人才”的辦學特色，學院壓縮了該課程的理論課時。但考慮到該課程的重要性，有必要探索新的教學方法，使學生能在較少的課時里大幅度提高學習效率。要達到這一目標，最有效的方法是提高學生學習該課程的興趣，變被動學習為主動學習。為此，教學組必須對傳統教學模式進行必要的改革，將數字電子技術課程的理論教學、實驗教學和課程設計統籌安排，在理論教學過程中穿插實驗教學、理論指導實驗，實驗鞏固理論，進而在課程設計階段實現創新性設計。

一、面向“產學研用”，改革理論教學

1.明確知識目標，學習價值清晰

教師在理論授課時主要運用項目教學法[2]和Multisim結合的教學模式，[1]且明確每堂課的知識點中哪些內容在設計實用電路時將要運用，在具體電子系統中又將完成何種功能等，讓學生認識到本課程確實學有所用。譬如計數器是用得最多的一種時序邏輯器件，主要功能有計數、分頻、定時控制、產生節拍脈沖和脈沖序列、數字運算等。在講授計數器內容時，其功能的應用可以舉大家熟悉的產品，如交通燈控制器的綠燈時間、紅燈時間及黃燈時間的控制就用到了計數器的定時控制功能。又如數字鐘的核心器件是計數器，其時、分、秒的累加及轉換就用到了計數器的計數功能；其秒脈沖是石英晶體振蕩器產生的高頻脈沖經計數器分頻后得到的，這里又用到了計數器的分頻功能。

2.激發學生熱情，學習高效可期

為了充分發揮學生的主觀能動性，在教學設計中必須安排一兩次讓學生上臺講授的機會，講授內容應是學生通過自學能夠講好的內容。如加法器內容可安排學生講授，因為加法運算在學計算機基礎時已學過，學生對這部分內容較為熟悉，只是沒有接觸具體電路。在具體操作之前可以先安排自學，然后請學生上講臺把加法器的特點、邏輯功能等講述清楚。嘗試這種方法布置任務后，學生課前課后都在討論自學內容，并且越主動的學生，其學習效果也越好。

另外，安排兩至三次以學生為主導的習題課。先布置幾個具有代表性和綜合性的作業，要求課后完成，課堂上請幾位學生上臺把解題思路告訴大家，這樣能檢驗作業是否真正經過自己的思考完成，也能發現完成過程中的知識缺陷。通過這種方式，學生學習的積極性大大提高了，多數學生希望能上臺講述解題思路。經過自學和習題研討，師生之間、生生之間必然形成積極互動的局面，學生的學習主動性得到極大提高，學習興趣得以充分激發，同時表達等方面的能力也提高了。

二、落實“產學研用”，強化實驗教學

1.針對實際運用，優化實驗內容

針對現有的實踐技能培養側重于理論驗證性實驗問題，在設計數字電子技術課程實驗時采用硬件和軟件結合的實驗模式，對于驗證性實驗選擇在Multisim平臺上完成原理電路及實驗內容的仿真。而對于較復雜的設計性、綜合性實驗，則要求學生利用Multisim設計出原理電路，仿真結果正確后再進行實驗。

2.設計實驗陷井，體會活學活用

在設計實驗項目時，有必要設計一些具有陷井特征的綜合性實驗，即根據設計原理設計出來的電路，在實驗時其功能卻實現不了的實驗。如在學完計數器內容后要求學生用雙時鐘十進制可逆計數器通過反饋清0的方法構造一個四進制加法計數器。因該計數器的清0端CR為高電平有效，且為異步清0，故要構造四進制加法計數，理論上在Q2端用一根導線與CR直接相聯就可以了。實驗時用芯片74LS192的學生實驗成功，而用芯片CC40192的學生實驗失敗。原因是反饋清0信號停留的時間太短，芯片中的觸發器在動作時間上存在微小差別，使得動作慢的還沒來得及清0，CR端上的清0信號就消失了。學生首先懷疑任意進制計數器構造方法的可行性，根本沒聯想到上理論課時提到的異步清0信號為什么要鎖存，經過提示后，利用與非門二次取非來延長清0信號停留時間，最終解決了問題。又如同樣用雙時鐘十進制可逆計數器，通過反饋置數的方法構造一個初態為8的五進制減法計數器。學生設計的電路如圖1所示，從圖中可看出，計數器減到7（0111）時，在置數端會馬上得到一個置數信號0，由于CC40192是異步置數，因此不會顯示7，學生觀察到的實驗現象是輸出一直顯示8。為什么減不下去了呢？筆者要求學生畫出狀態轉換圖，并觀察譯碼狀態3（0011）的特點及8以后的數的特點，發現7（0111）和譯碼狀態0011后兩位相同，而學生在設計電路時只注意了譯碼狀態，通過提示，學生修改后的電路如圖2所示，最后成功實現了初態為8的五進制減法計數器功能。通過計數器這個實驗，學生更加深刻地體會到：在利用所學知識指導實踐時，應根據具體問題具體分析，活學活用，不能生搬硬套。

另外，在數電技術實驗教學中，排除故障是提高學生分析、解決實際問題能力的最有效途徑。[3]在學生實驗過程中，可能會出現這樣或那樣的故障，有些是設備或元器件的問題，有些是人為因素。當學生實驗出現故障時，指導老師應啟發學生思維，讓學生自己發現故障原因并排除故障。

三、貫徹“產學研用”，創新課程設計

經過系統的理論學習和實驗之后，學生的理論水平和動手能力提高了，為進一步培養綜合能力和創新能力打下了基礎。于是，在結課之后再集中兩周時間進行數字電子技術課程設計，以“產學研用”結合的形式完成該課程最后的學習環節。具體流程：第一周在學校完成，主要是確定設計方案和Multisim仿真，要求仿真結果符合設計要求。第二周在產學研實習基地制作實物。課程設計時將學生按20人一組分組，每組指派一個老師全程指導，指導老師為負責組的學生每人提供一個設計項目，每個項目都有設計要求和指標。項目一般來自生產實際和生活，是大家熟悉的產品。學生選題后，可拓展設計內容，也可以選自己更有興趣的題目，但一般必須每人一個題目，或者相同題目有不同實現方法。另外，課程設計期間，要求不同組的學生在不同實驗室上機查資料及仿真，指導老師則跟蹤在相應實驗室。

1.基于Multsim的電路設計過程

學生選題后，老師要引導學生查閱文獻資料，并要求學生在四天之內確定設計方案。在設計過程中遇到問題時可與同學和老師討論。在課程設計過程中，學生由于設計經驗不足，一次性成功概率不高，因而可能經歷反復修改電路的情況。如果按照傳統的電路設計方法，項目原理電路一畫出來就進行實物的制作，可能出現這種情況：做好實物后驗證時卻發現電路有錯，最后只得修改設計，然后又重新制作。這樣不僅容易損壞元器件，浪費資源，還會耽誤許多時間。且課程設計時學生多，會用到很多芯片，讓學生都在實驗室完成電路的設計制作與驗證不現實，因學院一般可做實物的實驗室有限，而能上機的實驗室較多。如果借助Multisim軟件（因EDA課程是下學期開課，此次課程設計不用EDA輔助設計）對設計電路先仿真，發現有錯時可輕而易舉地修改電路，也不需用實物，因而可節約硬件資源，縮短設計時間，提高效率。因此，課程設計過程中，方案初步確定后先用Multisim軟件搭建電路，然后針對每一條設計要求和指標進行仿真，如仿真結果不正確，就在Multisim平臺上修改電路。

2.制作實物及上交材料

設計電路經Multisim仿真無誤后，組織學生去實習基地制作實物。在實習基地主要學習制板、練習焊接以及調試，直到實驗結果正確。實物做好后，緊接著寫課程設計報告，并于第二周星期五時學生上交課程設計材料：實物及課程設計報告。實物驗收時，學生應根據設計任務要求和指標進行實驗。課程設計報告則按照工科論文格式書寫，要求有電路原理框圖、單元電路設計及工作原理介紹、總電路及工作原理介紹、仿真（或實驗）結果與分析、總結及參考文獻等。

四、結論

在數字電子技術課程教學過程中，為找到一種適合培養為城市和區域經濟社會發展服務的應用型高級專門人才的教學方法，以“產學研用”為指導，以提高學生學習興趣、激發學生主動學習的欲望、提高學生工程實踐和創新能力為目標，最終達到提高教學質量和應用水平的目的，對該課程理論、實驗、課程設計等環節進行教學改革，取得了良好的教學效果，并為后續專業課程的學習、畢業論文的撰寫和科研開發奠定了基礎。

參考文獻：

[1]周來秀，蔣練軍.項目與Multisim結合，探索數字電子教學新模式[J].電腦知識與技術，2011，7（25）：6288-6289.

[2]王視環.項目教學法在移動通信課程中的應用探討[J].南京郵電大學學報，2010，12（4）：117-120.

[3]張大平.數字電子技術實驗與學生綜合素質培養[J].中國電力教育，2012，48（6）：104-105.