“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722017

摘要：數(shù)字電路課程是電氣化等專業(yè)的重要課程，作為一項(xiàng)以應(yīng)用為導(dǎo)向的課程，在教學(xué)過(guò)程中必須指向?qū)W生未來(lái)的就業(yè)及發(fā)展需要。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以理論教學(xué)為主，雖然實(shí)踐教學(xué)比重不斷增加，但是課程教學(xué)的實(shí)效性問(wèn)題依然比較突出。本文根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，結(jié)合自身在數(shù)字電路課程教學(xué)中的一些經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革闡述自己的意見(jiàn)，希望能夠?qū)?shù)字電路課程設(shè)施教學(xué)改革提供一些幫助和啟示。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；課程；改革

數(shù)字電路是高等教育很多專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，包括電子信息、自動(dòng)化、通信工程等。在數(shù)字電路課程當(dāng)中，電路設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)方面。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，教師應(yīng)以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，突出實(shí)踐教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位和作用，在此基礎(chǔ)上不斷增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)效性，讓學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)內(nèi)容和基本要求，且具備一定的電路設(shè)計(jì)能力。

1 “數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)理論教學(xué)改革

1.1 結(jié)合實(shí)踐做好設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)向

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，理論教學(xué)部分需要讓學(xué)生熟練的掌握電路設(shè)計(jì)的基本要求。傳統(tǒng)的教學(xué)采用死記硬背的方式，這種教學(xué)方法很難讓學(xué)生真正的具備電路設(shè)計(jì)能力。在教學(xué)當(dāng)中，教師可以采用問(wèn)題導(dǎo)向的方式，引入數(shù)字電路設(shè)計(jì)內(nèi)容。可以結(jié)合生活當(dāng)中一些與數(shù)字電路設(shè)計(jì)相關(guān)的事物進(jìn)行引導(dǎo)，比如：可以用十字路口的交通信號(hào)燈為例，說(shuō)明交通信號(hào)燈是如何通過(guò)數(shù)字電路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的控制。教學(xué)的過(guò)程中可以簡(jiǎn)單的闡明設(shè)計(jì)原理，在此基礎(chǔ)上引入將要學(xué)生的數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，逐漸展開(kāi)理論部分的課堂教學(xué)。在教授理論知識(shí)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合具體數(shù)字電路設(shè)計(jì)案例進(jìn)行說(shuō)明，而不是單純針對(duì)教材當(dāng)中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。具體選擇那些設(shè)計(jì)案例，可以是教材中的一些具體案例，也可以是教師在電路設(shè)計(jì)實(shí)踐中的案例。

1.2 數(shù)字電路設(shè)計(jì)命題選擇

數(shù)字電路設(shè)計(jì)命題選擇，也是理論教學(xué)的一部分。在傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，教師只是簡(jiǎn)單出一個(gè)設(shè)計(jì)題目，然后讓學(xué)生自己選擇，按照老師要求完成數(shù)字電路的設(shè)計(jì)工作。但是，老師給出的數(shù)字電路設(shè)計(jì)題目是非常有限的，在題目上肯定會(huì)存在相似或雷同問(wèn)題。且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一些學(xué)生就可能抄襲其他學(xué)生的設(shè)計(jì)成果，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)提高自己的數(shù)字電路設(shè)計(jì)能力，也無(wú)法利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資源來(lái)更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在命題當(dāng)中需要解決這一問(wèn)題，既能充分的利用其現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資源，又能滿足不同學(xué)生數(shù)字電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的需要，真正提高每一個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。在這一過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：第一，教師設(shè)計(jì)足夠多的設(shè)計(jì)題目供學(xué)生選擇，每一個(gè)題目只能有一個(gè)學(xué)生選擇，學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選擇，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參與數(shù)字電路設(shè)計(jì)的積極性。第二，在類似設(shè)計(jì)當(dāng)中，不同功能模塊的器件都是可以選擇的，鼓勵(lì)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇不同的器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生在設(shè)計(jì)中進(jìn)行創(chuàng)新。

2 優(yōu)化數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程流程及設(shè)計(jì)組織

2.1 優(yōu)化數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程流程

數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本要求就是運(yùn)用小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)和數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，按照老師布置的任務(wù)完成預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)當(dāng)中需涉及到所學(xué)過(guò)的絕大部分基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、可編程邏輯器件、脈沖波形等。在設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，不能遵循傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，教師在教學(xué)當(dāng)中需要對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)流程進(jìn)行完善。具體應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：第一，選題，這個(gè)理論教學(xué)部分在前面已經(jīng)做了論述，具體的命題選擇上有很多，包括數(shù)字頻率計(jì)、簡(jiǎn)易電子琴、彩燈控制器、籃球競(jìng)賽定時(shí)器、交通燈控制器、四路搶答器等，具體命題由教師完成；第二，電路設(shè)計(jì)，目前來(lái)說(shuō)可以基于 CPLD/FPGA器件制定具體設(shè)計(jì)方案，繪制硬件電路原理圖；第三，使用VHDL程序完成設(shè)計(jì)、編譯和仿真工作，確定方案的合理性和可行性；第四，使用具體電路設(shè)計(jì)元件，完成線路安裝、接入和調(diào)試工作，確定設(shè)計(jì)方案實(shí)際運(yùn)行的可行性；第五，教師根據(jù)選題對(duì)學(xué)生作品作出評(píng)價(jià)和驗(yàn)收，并選擇學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)答辯；第六與，學(xué)生獨(dú)立完成數(shù)字電路設(shè)計(jì)報(bào)告。在選題上必須做好一人一題，但復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計(jì)可以由兩名學(xué)生共同完成，并一起參加答辯。在設(shè)計(jì)當(dāng)中引入EDA技術(shù)，在研究當(dāng)中需要結(jié)合功能、技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)答辯相結(jié)合的方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2.2 優(yōu)化數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程組織

數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程一般只有12周時(shí)間，在教學(xué)過(guò)程中教師需要自己組織，并積極引導(dǎo)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)過(guò)程。比如說(shuō)在題目設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以積極聽(tīng)取學(xué)生意見(jiàn)，學(xué)生也可以自己設(shè)計(jì)題目作為教師命題參考。值得注意的是學(xué)生比較多，但是很多設(shè)計(jì)都是在實(shí)驗(yàn)室中完成，教學(xué)當(dāng)中需要合理安排實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)間，尤其是要協(xié)調(diào)好本班級(jí)與其它班級(jí)實(shí)驗(yàn)室的使用時(shí)間，讓學(xué)生有足夠時(shí)間完成設(shè)計(jì)工作。為解決這一問(wèn)題，在組織當(dāng)中可以使用試驗(yàn)箱和設(shè)計(jì)當(dāng)中使用電子器件，這樣就可以在全天進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)，學(xué)生一人一個(gè)試驗(yàn)箱，可根據(jù)自己電路設(shè)計(jì)圖隨時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，并檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修正和改進(jìn)，可以有效解決實(shí)驗(yàn)器材缺乏、實(shí)驗(yàn)時(shí)間不充足等問(wèn)題。

3 基于Maxplusll仿真軟件的EDA設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)數(shù)字電路設(shè)計(jì)當(dāng)中一般使用Multtisim與Protel軟件進(jìn)行仿真，但這種仿真軟件只適合小規(guī)模電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其是在 CPLD/FPGA器件應(yīng)用以后，傳統(tǒng)Multtisim與Protel軟件已經(jīng)不能滿足仿真設(shè)計(jì)要求。但在Maxplusll仿真軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)中，可以利用VHDL語(yǔ)言，利用 CPLD/FPGA器件完成比較大規(guī)模、復(fù)雜數(shù)字電路的EDA設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)的主要器件是可編程專用集成電路，可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)目的和要求，對(duì)集成電路進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、設(shè)立和利用，可大大減輕設(shè)計(jì)工作量和難度，更好滿足數(shù)字電路的設(shè)計(jì)需要。

總之，“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)是該課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師在教學(xué)過(guò)程中需要從應(yīng)用和創(chuàng)新角度，對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，以不斷的提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄭娜，白慶華.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革與探討[J].高教學(xué)刊，2017，（05）.

作者簡(jiǎn)介：劉靜（1982），女，漢族，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，講師，主要從事電子信息技術(shù)方面的教學(xué)工作。