數字電路實驗教學改革的思考

文/屈科

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數字電路實驗教學改革的思考

文/屈科

摘要:數字電路實驗是電類專業的必修課程，目前該課程在教學中存在諸多問題，通過改進教學內容和教學方法，引入EDA技術，增加多種授課途徑來培養學生的專業實驗技能和創新能力。

關鍵詞:數字電路;實驗教學

一、引言

數字電路實驗是電類等本科專業一門必修的專業基礎課，它是一門理論性、工程性、技術性、實踐性和實用性很強的課程。近些年，數字邏輯集成器件從中、小規模芯片發展到大規模，甚至是超大規模的電路，數字電路的分析和設計方法也應與時俱進。［1］如何培養學生的理論聯系實際能力、增強創新能力是數字電路實驗教學的重要方向。

然而，受傳統理論教學模式的影響，大部分學生無法實現理論和實踐的有機結合，學生的電路設計能力、動手調測能力、應用理論知識和實驗經驗分析問題和解決問題的能力都有明顯的不足。針對這些問題，這門課程的教學手段、教學內容、教學方法等亟需改革。

二、數字電路實驗存在的問題

(一)實驗內容單一，實驗課程之間聯系不夠緊密

長期以來，數字電路實驗只是對理論課的補充，起到輔助性教學作用，目的只是起到鞏固學生理論知識的作用。這種方式開設的實驗課程，實驗內容單一，每節課程的實驗內容相互之間缺乏有效的銜接和綜合，最終導致學生在做本科畢業設計等大型實驗的時候，缺乏對這種綜合性實驗的整體設計和調測的能力。

(二)實驗內容過于簡單，實驗內容老化，學生興趣不高

目前大多數高校所開設出來的數字電路實驗內容老化，實驗手段單一。大多數的實驗僅僅是將理論教學內容進行程式化的簡單驗證或是一些基本實驗技能的訓練。這些課程驗證性實驗比較多，設計性實驗比較少，對于學生來說只是對實驗進行驗證，不能激發學生的創新能力，導致學生興趣不高。

(三)教學形式、方法老化呆板

在傳統的數字電路教學方式是由教師給出實驗的準備、操作以及可能出現的結果，由學生來進行相關操作，這種機械化的教學方式，對于學生來說只是進行驗證，不能激發學生的創新能力，造成學生思維方式單一，不會舉一反三，遇到設計性實驗手忙腳亂，無從下手。

三、數字電路實驗教學改進措施

(一)精選教學內容，提高教學質量和效率

在數字電路教學中，經常會存在教授很多理論性的東西，對于學生來說，這種理論性很強的內容，直接像理論課那樣課堂知識傳授方式進行教學，效果并不理想。因此，作為老師，應該精選教學內容，從而提高教學的效率，及時對實驗內容進行充實、重組和更新。［2］在實際的教學過程中理論聯系實際，重視實例的講述，尤其應該結合目前畢業生今后從事的工作崗位，讓學生在具體的實例中了解相關理論知識。同時，為了全面、充分地將學生的興趣引導到實驗中來，可以適當增加一些趣味性和跟生活密切相關的題目，比如在“組合邏輯電路實驗”中，引入了“數字邏輯鎖電路”內容，在FPGA教學實驗中，引入了“汽車尾燈及其控制電路”實驗，用題目和內容來引起學生的注意，使得學生覺得學有所用從而提高數字電路的學習興趣。這種方式的教學，可使得學生學習熱情高漲，參與實驗的積極性增強，從而提高他們的對學習知識的動力，有了動力，從而培養學生的動手能力和創新能力。

(二)教學內容和方法改革

數字電路課程的實驗內容可分為驗證性實驗、設計性實驗等。驗證性實驗主要是結合數字電路理論實驗進行的，是培養學生數字電路動手能力的入門，它可以驗證、加強、鞏固學生對理論知識的理解。但是，由于這部分實驗內容的結果是可以預知的，學生對于這類實驗興趣不大，熱情也不高漲，甚至有些學生直接不參與實驗電路的搭建，直接根據理論課內容寫出結果。驗證性實驗過多，對于學生能力的培養恰恰起到了相反的抑制作用。由于設計性實驗內容能夠培養學生的科研能力和探索精神，教學內容應當從驗證性內容向設計性實驗內容進行轉變，課堂實驗應該以設計性實驗為主，并且大幅度的增加大型綜合性實驗，這樣可以使學生靈活的運用所學的知識和技能，提高創新的能力。對于教學方法也應當有所改進。任何實驗都要求學生必須預習，而預習的好與壞直接決定著做實驗的成功與失敗。然而大多數學生在寫預習報告時只是把實驗書上的原理，內容，電路圖抄一下，沒有完全的通過自己的思考進行設計，這樣會造成學生做實驗時手忙腳亂，遇到問題無法自行解決，達不到預期的實驗教學效果。［3］因此，可以在數字電路實驗教學中引入EDA技術，要求學生預習時將自己所設計的電路用multisim等軟件進行模擬仿真，并且通過仿真來驗證結果。在仿真中學生可以與教材上不同的方法來進行設計，這樣，學生在實驗前對實驗原理等都有了深刻地理解，學生在實驗課上的任務主要是將實物電路與虛擬電路進行比較，通過實物電路來驗證設計仿真的正確性，因此可顯著提高教學效果

(三)多種形式引導學生自我學習知識

對于學生知識的獲取途徑，不光光是課堂的教學傳授，還可以有以下多種途徑: (1)隨著我們科技的發展和社會的進步，可以適當地利用網絡、多媒體發揮現代教育的技術優勢，使得我們的教學方式可以得到相應改善。教師或者所在課題組可以建立一個相關的教學網站，將數字電路試驗相關的課件、實驗內容、教學計劃全部發布到網站上，供學生查閱下載，學生也可以在網站上進行咨詢，提出改進意見。(2)教師也可以以“慕課”的形式制作“微視頻”，發布給學生，鼓勵學生結合觀看“微課”后進行各種各樣的討論與辯論，包括教師和學生之間、學生和學生之間、全班性的或小組的討論與辯論。

四、結束語

數字電路實驗教學改革是一個長期過程。隨著電子技術和計算機技術的不斷發展，新理論、新技術、新設備和新的仿真軟件將不斷出現，數字電路教學模式也需要不斷改進。

(作者單位:南京郵電大學電子科學與工程學院)

參考文獻:

［1］盧慶利．數字電路實驗教學的發展趨勢［J］．實驗室研究與探索，1997，(3) : 8－10

［2］王澄非．電路與數字邏輯設計實踐［M］．南京:東南大學出版社．

［3］邱紅．在數字電路實驗與設計中引入EDA的必要性［J］．實驗室科學，2006，(1) : 73～74．

中圖分類號:TN79－4

文獻標志碼:A

文章編號:2095－9214 (2015) 10－0093－01