數字電路課程教學方式改革的探討

余丹霞

（湛江市粵西技工學校 廣東湛江 524009）

數字電路課程教學方式改革的探討

余丹霞

（湛江市粵西技工學校 廣東湛江 524009）

在時代不斷進步，科技不斷發展下，專業基礎課的教學方式與方法也應跟著改變。培養學生的創新能力是目前技術教育的一項至關重要的工作；在進行數字電路的教學過程中，如何培養學生的動手能力，提高其實踐操作能力與增強學生技能對技校培養合格的技術人才至關重要。在新課改的不斷發展下，對教學課程的改變要從多方面入手，重視實踐教學是其中一項最為重要的方面，也是提高學生綜合技能的一個行之有效的方法。本文從對數字電路教學模式的改革與創新著手，以理論與實踐的完美結合來說明數字電路教學方式改革的重要性。

數字電路 教學方式的改革 實踐教學

在技校電子專業，自動化專業以及通信專業與計算機專業中，數字電路是其中一門主要的課程。它主要討論了數字電路理論知識、邏輯工具的類型、邏輯變換原理與邏輯變換方法以及常用邏輯模塊類型與元件類型的原理與應用。主要介紹了基本的設計數字系統方法以及組合電路設計方法與可編程邏輯器件與應用等內容，目的是可以讓學生掌握數字電路的設計方法與設計原理，分析并設計出數字邏輯系統。這門課程是一門技術基礎課，它的性質是直接面向應用，所以要求理論與實踐的緊密結合；數字電路實驗與電路設計是教學過程中非常重要的一個環節，這關系到對這門課程的掌握程度。然而，讓學生獨立去完成一個實驗也是比較難的，因為在實驗過程中還會存在了一些學生沒有涉及與掌握的新的知識點，學生若盲目跟隨則會失去實驗的真正作用，這會阻礙學生訓練提高動手的能力。

一、改革與創新數字電路教學模式

在傳統的數字電路教學模式中，理論與實踐的脫離使學生不能在實踐中將理論知識很好的應用，以至于出現學生不知道自己學了什么的困惑。所以，打破傳統教學的束縛，將理論與實踐有機的結合是數字電路教學培養學生素質，提高學生技能最有效的方法。

1.應用高科技手段

數字電路的教學內容在不斷發展的高科技電子技術下需要不斷的更新，在原有課時內實現更高層次的需要顯然是不現實的，而且課程本身就有比較多的圖表，傳統的教學方式已經無法滿足這種要求。如果能在教學過程中利用一些仿真軟件，比如VHDL軟件和Matlab軟件，或者利用多媒體教學方式等一些具有現代化的教學手段來直觀，形象的將復雜的圖表展示出來，不但大大的簡化了教師的講解，還有利于學生更好地學習，給課堂信息量的增加提供了方便。比如，在對組合邏輯電路的顯示譯碼器進行講解時，要使用引導方式先讓學生討論設計譯碼器的原理與方法，然后將正確設計方案講給學生，再用VHDL語言實現，在MaxplusII上仿真。這樣做既擴展了學生的思路，又幫助他們加深了理解。如圖

圖1 仿真顯示譯碼器波形圖

Matlab是MATrix LABoratory的縮寫，即矩陣實驗室，是由美國MathWorks公司獨自開發的包括三大基本功能：數值計算與符號計算以及圖形可視化于一體的，操作簡單但功能強大的語言，這是一種被國際公認的數學應用軟件中的一個。在全球各個技校中，Matlab已經成為了一些高級課程常用的教學工具，比如線性代數課程、數理統計課程、數值分析課程、自動控制課程、優化方法可以及動態系統仿真課等。如果將Matlab軟件應用于數字電路課程的講解中，一樣可以起到擴展知識面與提高學生學習積極性的重要作用。比如，在進行組合邏輯電路全加器的講解中，先向學生介紹半加器的原理。假設Ai和Bi表示兩個加數，Si表示本位和，Ci表示本位向高位進位。圖2為半加器的真值表與所對應的半加器電路圖。

圖2 半加器（a）真值表（b）電路圖

之后用Matlab中的Simulink工具來建立相應的模型，具體操作步驟：1）在Matlab命令窗口下運行Simulink；2）在Math Operations下選擇Logic Operator工具，然后拖到新建文件夾中，再進行雙擊，就可以看到文件夾中包含了6種數字電路的常用門電路，這六種門電路分別為：非門、或非門、或門、異或門、與門以及與非門。在電路圖中選出異或門與與門，并分別命名：L1，L2；3）在Sources下選擇Constant，并將兩個常數模塊與Ai和Bi對應；4）在Sinks下選擇Display，并使兩個顯示模塊與Si和Ci分別對應；5）按照圖2電路圖連線；6）對連線進行驗證。若Ai=0，Bi=0，驗證結果則如圖3（a）；7）連線驗證正確后，把Contant與Display替換成輸入模塊與輸出模塊，然后把所有模塊與連線用虛線框選擇在一起并點擊Ctrl+G來創建子模型。圖3（b）。

圖3 半加器仿真結果（a）仿真模型（b）子模型

以創建自定義模塊來建立屬于自己的模塊庫可以為以后搭建仿真式的數字電路提供便利。將VHDL和MATLAB軟件應用于數字電路教學中對數字電路進行設計、調試以及仿真與驗證，不但可以豐富數字電路課堂的信息量，還能使學生對電路的仿真過程以及運行結果形象直觀的看清楚，對提高學生學習的積極性有幫助，也能提升教學質量。

2、創建課程網站

受課時限制，要想向學生講解更多的知識，傳授更實用的技術，只靠課堂的那些時間是完全不夠的。如果能充分利用互聯網技術的高科技性，通過課程網站的創建向學生實時的講解，不僅打破了時間限制，還能從根本上解決了內容多課時少的問題。

3、師生之間多交流

師生之間的溝通交流也是教改中很重要的一方面，在技校中，教師開設的課程在上完課后，師生要多面對面溝通交流的機會。所以，教師在教學過程中，要利用課余時間跟學生交流，了解他們對課程的掌握程度并根據學生實際情況適時的進行課程調整；還要充分利用互聯網這個網絡平臺，不時的組織學生在這個平臺討論，并建議學生將學習中存在的問題發給教師并給與解決，還要鼓勵學生對教師的課程提出一些建議，對好的意見要接受并采納。最后，要保持與已經畢業學生的聯系，適時的從他們那里了解與專業相關的公司的一些最新需求，并把這些需求應用到教學中。

二、結合理論與實踐

1.理論配合實踐

在以往的教學模式中，往往忽視了理論與實踐的相結合，學生多數雖然能夠很熟悉掌握理論知識，但是在實際問題中，卻不知道該怎么解決。在進行數字電路講解時，可以適當的穿插一些設計實例，并讓學生結合相關資料解決一些簡單的實際問題。比如在第一節課中，首先介紹課程學習的實際應用，然后介紹主要內容，之后介紹章節安排等，隨之引入設計實例。如圖4交通管理器系統結構圖

在進行思路講解的同時指出對應知識點，比如系統中組合邏輯電路顯示器譯碼器的應用，時序邏輯電路分頻器與減法計數器的應用等。然后給出系統模塊圖，如圖5。學生剛開始可能聽不太懂，但是從實例中可以對課程有一個基本認識，這有助于提高學生學習興趣與積極性。

圖5 系統模塊圖

2.認識課堂實驗

在進行數字電路教學時，將理論教學設在便于學生觀察并了解這門課程的一些元件，接線以及電路等的實驗室中，使學生認識課堂實驗，熟悉元件與電路所具有的各種功能與實驗現象等，激發學生學習課程的熱情。比如，在上數字電路課前，先讓學生對集成與門74LS00系列元件（圖6）進行認識，并告訴他們這些元件之間的邏輯關系，參數以及應用；再重點介紹譯碼器、數碼管以及數據選擇器（圖7）等，讓學生在認識過程中鑒別器件好壞，并掌握各種器件的功能與應用領域。

圖6 74LS00系統元件

圖7 74LS151選1數據選擇

3.進行基礎實驗

學生實踐動手操作的初步訓練是要進行課堂基礎實驗，在進行上一個環節之后，就可以讓學生參與到這個環節中來，訓練學生動手能力。在這個環節中，提倡做一些操作步驟簡單、現象直觀易見的實驗，比如電路功能單一，組合電路的元器件較少，操作簡單，時間短而實驗效率又高的實驗。如圖8，這是一個雙顯示電路，實驗效果是兩個顯示器在時鐘信號高低的電平變化時交替顯示數碼。教師可以在學生操作完成后，對學生在操作過程中出現的一些問題及時指出并糾正，還可以讓學生借助相關學習資料來對實驗中交替顯示數碼的原理以及顯示數碼改變的原因進行討論，有不懂的地方教師也可以及時解答。結果表明，課堂基礎實驗能夠增加學生實際動手機會，還能使學生掌握基礎實驗過程與操作要領，對學生以后實踐操作有幫助。

圖8 雙顯示電路

4.加強理論知識

理論教學在數字電路教學中同樣很重要，不能因為增加了學生的實際動手能力而忽視了課堂理論教學。在理論教學中，要參照學生在實踐操作環節中的所有元器件，比如編碼器、門電路等，并對學生進行講解與分析，重點講解那些元器件的內部結構、原理以及功能等；還要給學生提供一定的討論空間，讓他們能夠自由的表達、探究、質疑和討論問題，使他們不斷總結在實踐操作中沒有了解或者沒有解決的問題。也可以指引學生參加一些小組或者集體解決疑難題活動，讓學生不僅可以鞏固理論知識，還可以將實踐操作中存在的問題一并解決，更解決了學生實踐與理論難以結合的問題。

5.加強課外實踐

在學生掌握了一定的理論知識與實踐實驗操作原理和操作步驟后，教師要進行適當的課外實踐的設計。即教師可以根據學生實際學習情況，給出難易比例恰當的題目，并將實驗原理與設計要領給學生講清楚，然后把實驗中所需要的元器件與接線板等一些必備品發給學生，之后讓學生自己動手操作實驗的每個步驟；在學生操作完成后，教師要對學生的實驗成果進行驗收，并指出其中存在的問題與改進方法，當然，適當的鼓勵可以增加學生學習的興趣。通過課外實踐實驗的設計，能夠提高學生查閱相關應用資料的能力，還能提高學生的實踐動手操作能力，使學生在實踐操作過程中理解理論，也對以后應用理論來更好的解決實踐操作過程中的問題有利。當然，這樣的設計也可以幫助一些動手能力強的學生提高其實踐技能。

結束語

良好的教學方式能夠給學生創造一種輕松舒適的學習氛圍，理論與實踐的相結合不但可以使數字電路課堂教學更為直觀形象易懂，還能培養學生動手能力，改變學生學習的態度，讓他們從這種學以致用的方法中體會學習的樂趣，從而提高學習效果，也提高了教師的教學質量，并為社會培養出更多的專業性優秀人才提供了幫助。

［1］謝自美.電子線路設計實驗測試.華中科技大學出版社.2012.

［2］朱幼蓮，翟麗芳，黃成.數字電路課程的教學改革與實踐［J］.江蘇技術師范學院學報.2013.

［3］羅軍輝.MATLAB7.0在圖像處理中的應用［J］.北京：機械工業出版社.2012.