數字電路課程的教學改革與研究

徐錦麗+葛雯

摘要：針對目前數字電路教學中存在的諸多問題，本文結合多年來數字電路課程的教學與實踐，從教學內容、教學手段及考核方式等方面進行探討，提出了數字電路課程的教學改革思路。

關鍵詞：數字電路；教學內容；教學手段；考核方式

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0084-02

數字電路是電子信息類專業的一門重要的專業基礎課，學生通過對該課程的學習，應能正確掌握數字電路的基本理論和設計方法，并具備一定的實踐應用能力。數字電路課程內容較豐富，但學時卻在不斷減少，使得學生在課堂上沒有過多的時間去理解所學知識，難以跟上教師的節奏，導致他們失去了學習的興趣。而且，隨著電子技術的迅猛發展和電子行業對人才的需求，高校數字電路課程傳統的教學內容和模式已遠遠不能滿足社會的需要，因此，有必要在教學內容、教學方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培養學生創新意識和創新能力為目標的教學新理念、新模式和新手段，以獲得更好的教學效果。

一、課程教學內容的改革

數字電路課程理論體系非常豐富，內容較多，在教學中存在的問題主要有兩方面。問題一是部分教師過分強調理論教學，對集成芯片的內部原理分析過于煩瑣，以至于忽視了芯片的外部應用和數字電路設計中不斷出現的新技術，導致學生疲于芯片電路原理的學習，疲于應付考試，而缺少時效性，不能將所學知識與實際應用相結合，畢業后不能適應企業的發展需求。問題二是部分教師教學體系安排不合理，過分強調開發工具的使用，而忽視基礎理論的教學，這樣使得學生對開發工具的應用操作能力較強，但不具備完整的知識體系，一旦遇到問題不能舉一反三。因此，在實際教學中應體現課程的基礎性、系統性和先進性，能夠與時俱進，在教學內容的安排上，既要重視基礎知識，又要緊跟時代的發展介紹開發工具的應用。在基礎理論教學上，應該以集成電路為主線，對邏輯代數基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路和脈沖電路六大模塊加以介紹，以小規模集成電路為基礎，引入中、大、超大規模集成電路，逐步學習各類集成電路的芯片，教學中要著重強調各類電路的邏輯功能及應用。另外，要將基礎理論與EDA技術相結合，使學生熟練掌握VHDL語言，熟練使用Quartus II軟件，能夠應用EDA技術設計數字電路，以培養學生的創新能力。

二、采用啟發式教學

在傳統的課堂教學中，往往都是課堂上教師講授，課后學生做練習，課堂教學的信息量較大，學生難以接受，因此如何調動學生的學習積極性至關重要。而啟發式教學，就是以教師為主導，在教學中不斷引入實例，增強課堂上與學生的互動性，充分調動學生的主動性和創造性，引導學生能夠舉一反三，培養學生的自學能力和創新能力。

三、采用對比法介紹相關內容

在數字電路中，很多知識模塊是相關的。例如，在介紹時序電路的設計時，可與組合電路的設計做對比。時序電路是在組合電路的基礎上增加了記憶元件-觸發器，因此兩者的設計在步驟上是相近的。首先定義輸入、輸出變量是共同點，不同之處在于時序電路還需要定義不同的邏輯狀態；其次要列寫關于輸出與輸入變量的真值表，而時序電路還要表示出輸出與輸入變量、次態與初態之間的關系，因此對應的表稱為狀態轉換表；然后需要寫出關于輸出與輸入變量的邏輯函數式并化簡，而時序電路要通過卡諾圖化簡寫出狀態方程、輸出方程及驅動方程；最后都要畫出邏輯電路圖，但時序電路還要驗證能否能自啟動。

四、借助于網絡，優化教學手段

目前，數字電路的課堂教學多采用課件，這樣能夠大大減輕教師板書的工作量，增加信息量，但是部分教師過分依賴于課件，不再寫板書，這樣雖然教學速度變快，但是學生難以與教師保持同步，很難做到互動，無法提高教學質量。因此，在課堂教學中應以“翻轉課堂”為核心，以學校的網絡教學平臺為依托，建設數字電路課程教學資源，包括課程介紹、教學大綱、教學課件、試題庫、在線測試[1]、錄制教學微視頻等內容，完善課程教學資源網站，使得學生在課堂教學的基礎上能夠借助于網絡和多媒體技術完成課程基礎知識的學習。在課堂教學中，教師可以針對不同的內容采用不同的教學方式。對知識性較強的章節可采用課件教學，如用卡諾圖化簡邏輯函數；對內容淺顯的章節可以通過老師的指導，及與同學之間的交流，協助其完成知識的內化，如門電路內容；對于一些難點，可采用板書與課件相結合的方式，如異步時序電路的分析與設計、脈沖電路的分析與設計。

五、加強與完善實踐環節

數字電路作為一門電子技術課程，具有很強的實踐性，必須有相應的實踐環節配合，進而加深學生對理論知識的理解，并能具體應用到實際生活中。因此，實踐教學是數字電路教學中必不可少的一個重要環節。在實驗課教學中，實驗電路題目的設置要與課堂理論知識相對應，實驗課進度要配合理論課的教學，讓學生做實驗時能夠有的放矢。首先以驗證性實驗為基礎，讓學生熟悉實驗儀器的操作，加深對數字電路集成芯片的認識，掌握如何解決實際問題；然后側重于綜合設計性實驗，包括用譯碼器及數據選擇器設計任意形式的組合電路，用觸發器設計同步及異步時序電路，用集成計數器芯片設計電子秒表，基于譯碼器和計數器設計八路彩燈控制器，基于A/D和D/A轉換器設計簡易的數據采集系統等。另外，學生可以選做部分實驗，在開學初就發給學生每人一塊面包板和一套實驗用元器件，讓他們可以在課后根據教學進度完成實驗電路的設計、調試等工作。還有部分實驗，學生需要在EDA實驗箱上完成，這樣大大增加了學生的興趣，提高了學生學習的自主性。在課程設計環節，設置每人一題，在期中就安排課設題目。因為實驗課教學往往是針對某一個或幾個知識點，具有局限性，恰巧課程設計環節可以彌補這個不足。課程設計題目的選擇應具有一定的應用背景，與實際生活緊密聯系，例如設計電風扇控制電路、酒店客房控制電路、彩燈控制電路、音量控制電路、全自動洗衣機控制電路等。在課堂教學中不斷啟發學生如何設計相應電路，用仿真軟件Multisim設計、調試電路，最終在面包板上實現電路的功能。在整個課設過程中，學生的興趣在不斷提升，同時也培養了學生在“工程”設計、制作和組織管理等方面的創新能力[2]。

六、改革考核方式，重視能力的培養

目前，數字電路課程的考核方式還局限于傳統的應試教育模式，只是以期末考試成績作為評定學生的依據，導致教師僅為了提高及格率安排教學，而不注重學生創新能力的培養；反過來，學生僅為了考試及格而學，而不注重自身能力的提高。這種考核方式嚴重背離了高等學校教學的目標，因此在實際考核時既要重視知識的考核又要重視能力的培養[3]，其中以期末試卷形式的知識考核著重考查學生對基礎知識和電路原理及應用的掌握程度，期末試卷的成績占總成績的60%—70%，其他部分則是對能力的考核。能力考核包括日常小測驗及綜合能力的測試，例如在實踐環節的教學中，首先在課堂上提出綜合設計性實驗和課程設計的題目，學生在課間可以自由組合，提出電路設計的思路，再由教師引導學生思考各方案的利弊及改進方法，給出綜合能力測試的成績，最后以實際教學證明這種方法能夠大大調動學生的積極性，促使學生踴躍發言，開闊思路，提升能力。

七、與留學生交流，互通有無

數字電路課程的教學對象除了國內學生，還包括來自多個國家的留學生，這些留學生性格迥異，學習能力也不同。在課堂教學中應采用自愿的原則，國內學生及留學生可以到對方課堂上學習、交流。由于學校國內學生和留學生教學進度不一樣，而且國內學生基礎知識要扎實一些，因此教師可以安排部分優秀的國內學生作為助教，到留學生課堂聽課、指導實驗和課程設計。實踐證明這種交互的教學方式非常有效，學生進一步掌握了數字電路課程的基本理論和應用，提高了英語水平，促進了不同國家間學生的文化交流。通過近幾年的教學改革與實踐，不斷完善多種教學手段，改革教學內容和考核方式，使得課堂教學質量得到提高，學生的學習興趣得到提升。在今后的教學中，還要與時俱進，緊隨數字電路發展的潮流，緊跟科技發展的前沿，不斷改革教學方法與手段，培養高素質的應用型創新人才。

參考文獻：

[1]王維，許青林，韓改寧.計算機科學與技術專業數字電路教學改革研究[J].福建電腦，2012，（09）：33-34.

[2]嚴國紅，趙文來，張水英.基于Multisim和FPGA的數字電路實驗教學改革與研究[J].中國校外教育（中旬刊），2013，（z1）：227.

[3]王帥.數字電路設計課程教學改革研究[J].中國科技信息，2010，（19）：270-271.

Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course

XU Jin-li，GE Wen

（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，

Shenyang，Liaoning 110136，China）

Abstract：Aiming at the problems existing in the teaching of digital circuits，combined with teaching and practice of digital circuit course for years，the teaching content，teaching methods and assessment methods are discussed. The thinking of teaching reform of digital circuits course is puts forward.

Key words：digital circuits；teaching content；teaching methods；assessment methods