數字電子技術課程教學改革的研究與實踐

(吉林化工學院信息與控制工程學院，吉林吉林132022)

吉林化工學院“數字電子技術”課程與省級精品課“電路理論”和省級優秀課“電子實踐系列課”、“模擬電子技術”等優質課程資源共同構成了電工電子課程群，是“電氣信息類專業‘三三式’現代工程師省級人才培養模式創新實驗區”和“卓越工程師教育培養計劃”的重要課程支點。作為工科儀器類、電氣類、電子信息類和自動化類等本科專業的主要技術基礎課程和核心課程，“數字電子技術”課程的主要任務是使學生了解數字電子技術的基本概念和基本理論，掌握數字電路的分析方法和設計方法，是后續專業課的主要先導課程之一［1-2］。

近年來，隨著學校不斷深入開展工程素質教育，“數字電子技術”的課程目標也從“知識流”回歸“技術流”［3］，變“理論知識導向”為“應用能力導向”［4］，緊緊圍繞培養“卓越工程技術人才和高級應用型專門人才”的人才培養目標，積極開展教學改革的研究與實踐工作，以傳承創新為引領，以社會服務為導向，以工程實際為背景，以工程技術為主線，以質量提升為核心［5-7］，通過更新教學目標、重構教學內容、改革教學方法等手段，達到調動學生學習積極性，提高教學效果，提升“數字電子技術”課程建設水平的目的，并且為后續課程的學習打下良好的基礎［8］。

一、整體規劃找準課程定位

本著注重培養學生工程素質、注重知識的實用性和先進性的原則，在此次教學改革實踐中，根據各專業的不同要求，調整和修訂了教學大綱、教學計劃，更新了課程教學目標，完善了教學基本要求。

(一)更新課程教學目標，完善教學基本要求。在教學目標中進一步強調工程實踐能力的要求，并在教學基本要求中體現具體實踐操作能力所對應的工程實際問題;

(二)精選教學內容，保證基礎，面向更新。基礎理論知識的講授以工程實際應用為目的，以“必需、夠用”為度，深入淺出，講清原理，突出基本概念。除基礎知識以外，增加“提高”和“引申”內容。電子技術的核心是器件，電子技術是隨著器件的發展而發展的。注意介紹新型、高性能的電子器件和可編程邏輯器件，開闊學生的視野;

(三)擴展知識口徑，豐富學生的工程實踐技能。在數字電子技術中引入VHDL，讓學生了解硬件描述語言，用于實現數字電路與系統硬件電路設計的軟件編寫。

二、細節著手改良教學方法

好的教學方法是實現教學目標的保證。“數字電子技術”課程組在教學改革與實踐的過程，注重結合課程實際，采取合適的教學方法，引導學生學會基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習、基于項目的參與式學習。結合教學內容，引入先進的教學手段。在教學中，充分使用多媒體教學、仿真教學等先進技術。

如圖1所示電路是利用同步十進制計數器74160采用異步置零法接成的六進制計數器。其原理圖看似沒有問題，而其仿真結果又是什么呢?其仿真結果如圖2所示，通過課堂演示會發現其循環出現問題，0-1-2-3-0循環，“為什么”這會是每一個學生馬上產生的疑問。原因是由于置零信號隨著計數器被置零而立即消失，所以置零信號持續時間極短，如果觸發器的復位速度有快有慢，則可能會發生動作慢的觸發器還未來得及復位，置零信號已經消失，導致電路誤動作。因此，這種接法的電路可靠性不高。為了克服這一缺點，時常采用改進電路如圖3所示，其仿真結果，如圖4所示。在講授任意進制計數器的構成方法時，其原理枯燥難懂，學生往往不易掌握，如果按照傳統的教學方式，沒有影像媒體及仿真系統的配合，學生就會失去興趣與積極性。多媒體教學與仿真教學的結合使用，將設計過程與結果直觀的演示出來，加強了理論與實踐的聯系，加深了學生對所學知識的理解與記憶，提高了學生的認知性與趣味性，起到了事半功倍的效果。

圖1 74160接成六進制計數器

圖2 圖1電路的仿真示意圖

圖3 圖1的改進電路圖

圖4 圖3電路的仿真示意圖

時至今日，“數字化”浪潮幾乎席卷了電子技術應用的一切領域，但是每每上課時總有學生會問“學習數字電子技術到底能干什么”。因此，在講解具體的教學內容時，精心設計和選取了貼近生活的實例。在講授顯示譯碼器時，選取學生熟悉的出租車計價器實例，如圖5所示。

圖5 出租車計價器

介紹LED七段顯示器、液晶顯示器、BCD-七段顯示譯碼器等;在講授555定時器時，選取玩具游戲機，如圖6所示，講解555定時器的電路結構及其主要應用模式;講授計數器時，選取秒表計時器電路，如圖7所示，介紹計數器的分類、常用計數器器件、任意進制計數器的構成等。實踐證明，這些生活中常見的、生動有趣的實例能夠更好的激發學生的學習興趣和熱情，加快學生掌握知識的速度。

圖6 玩具游戲機

圖7 秒表計時器電路

三、面向應用改革實踐環節

實踐教學是高等教育教學的重要組成部分，是培養學生的動手能力、認知能力和創新能力的重要環節。因此在此次教學改革中，特別注重理論教學與實踐教學的有機結合。數字電子技術基礎是一門實踐性很強的學科，通過實踐教學來培養學生的工程素質顯得尤為重要。

(一)調整實驗題目

從工程實際出發，改進或整合原有的實驗內容，減少基礎驗證性實驗，主要保留部分經典實驗，如:譯碼器測試及應用、555定時器測試及應用等，使學生學會基本的實驗技能和實驗方法。增加綜合性、設計性實驗，在原有的組合邏輯電路設計、同步時序邏輯電路設計的基礎上，增加了60s定時顯示電路的設計、四路彩燈設計等實驗，提高學生的獨立設計能力和綜合分析能力。

(二)引入先進的EDA技術

在實驗教學中使用MultSIM10.0仿真軟件，進行虛擬實驗。虛擬仿真實驗在大幅度提高實驗效率的同時，使學生具備初步的現代電工電子工程設計的思想，提高綜合素質。使學生了解和掌握新技術，為將來從事工程實踐打下良好的基礎。

(三)加大實驗室的開放力度

采取自建與共建的方式，提高實驗室及儀器設備利用率，使學生利用課外時間加強訓練，培養綜合思維的實踐能力，并與電子設計競賽相結合，為學生加強工程實踐能力提供便利。

(四)進一步加強實驗考核管理

執行“嚴格要求，嚴格訓練、嚴格考核，認真總結”的實驗考核管理理念。在原有的實驗考核方式的基礎上增加了期末實驗操作考核和發揮性實驗設計兩種考核方式。實驗操作考核是結合實驗室的現有條件，選取實驗任務量相近的實驗題目，學生進行隨機抽取題目設計，根據設計完成情況當場評定考核成績。通過這種嚴格的實驗考核方式。使學生更好的掌握實驗技能和實驗方法，進一步提高實驗動手能力。發揮性實驗設計是根據“智能搶答器”、“多路報警器”等設計題目，學生自由發揮設計，完成設計原理報告。從而激發學生的創作興趣，提高學生獨立設計能力和綜合分析能力，培養學生的工程實踐能力和創新設計能力。

四、結 語

吉林化工學院“數字電子技術”課程教學改革，通過找準課程定位、改良教學方法、改革實踐環節等大量積極、有序、穩健的研究與實踐活動，已經取得了較好的成效。學生對常用電子器件、數字電路及其系統的分析和設計的學習更感興趣，能夠更好的掌握了數字電子技術方面的基本知識、基本理論和基本技能，為深入學習數字電子技術及其在專業中的應用打下良好基礎。

［1］ 林建.卓越工程師培養的質量保障［J］.高等工程教育研究，2013(2):24-40.

［2］ 于軍.電工電子教學與實驗示范中心的建設與實踐［J］.吉林化工學院學報，2013(10):100-103.

［3］ 梁麗.電工電子技術基礎課程教學改革初探［A］.電工電子課程報告論壇論文集2006［C］.北京:高等教育出版社，2007:170-174.

［4］ 閻石.數字電子技術基礎［M］.5版.北京:高等教育出版社，2006:298-301.

［5］ 李永堅，黃紹平，李靖.“卓越工程師”培養要重視教學方法改革［J］.中國大學教學，2012(11):63-65.

［6］ 王成華，胡仁杰.深化電工電子基礎課程教學改革提升學生實踐創新能力［J］.中國大學教學，2012(9):52-54.

［7］ 陳穎.全面協同 培養拔尖創新人才［J］.中國大學教學，2012(4):29-31.

［8］ 鐘國輝.以設計性實驗為牽引的微機原理課程教學［J］.高等工程教育研究，20013(3):154-156.