《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)中的幾點(diǎn)思考

毛鳳翔

摘要：《數(shù)字電子技術(shù)》是高等院校工科電子、計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)教學(xué)體系中起著重要的作用。該文就《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)過程中，怎樣利用數(shù)學(xué)電子技術(shù)思維，如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，如何培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，如何培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力等方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電子技術(shù)；創(chuàng)新思維；發(fā)現(xiàn)法；計(jì)算機(jī)仿真

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）36-0112-02

我國的《高等教育法》第五條規(guī)定：“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級專門人才”，教育部也把實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新培養(yǎng)作為高校本科教學(xué)工作水平評估的關(guān)鍵指標(biāo)之一，大學(xué)的課堂教學(xué)，應(yīng)該把這一思想貫穿在每一節(jié)的課程教學(xué)中。

《數(shù)字電子技術(shù)》 簡稱“數(shù)電”，是高等院校工科電子信息 、電氣信息類各專業(yè)和部分非電類本科生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課[ 1] 。學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)字電子技術(shù)》這門課程，不僅要掌握數(shù)字電路的基本概念、基本原理、基本的分析設(shè)計(jì)電路的方法外，還有掌握利用軟件仿真實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)等數(shù)字電路的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生三種思維 [ 2]： ①系統(tǒng)思維 ： 通過一個(gè)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從信號的獲取、輸入、處理、輸出，到電路各個(gè)部分的功能作用、邏輯關(guān)系、參數(shù)設(shè)置之間的協(xié)調(diào)來培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維；②科學(xué)進(jìn)步思維 ：數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展日新月異，通過學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)，聯(lián)系正在使用或者未來將使用的數(shù)字電子技術(shù)，讓學(xué)生用科學(xué)、發(fā)展的眼光看待該課程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)發(fā)展思維；③創(chuàng)新思維 ：通過學(xué)習(xí)每個(gè)電子元器件的產(chǎn)生背景、電路設(shè)計(jì)的構(gòu)思和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)都具有啟發(fā)性， 能夠充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

1 基于創(chuàng)新思維的課堂教學(xué)

1.1 邏輯代數(shù)中數(shù)值轉(zhuǎn)換中的創(chuàng)新

在計(jì)算機(jī)思維中，二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)計(jì)算的基礎(chǔ)運(yùn)算規(guī)則，所以十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換就是重點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)生必須要掌握的知識。傳統(tǒng)的十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換都是采用基數(shù)連除法。這種方法是萬能的方法，但是遇到整數(shù)位500以上的十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是就比較麻煩。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生利用創(chuàng)新思維，找到一種快捷的計(jì)算方法。只要我們熟記[20=1----210=1024]，任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)我們都可以把它表示成若干個(gè)2的冪次方的和的形式。那么我們就可以利用降冪法，很容易解決問題。例如：

1.2 利用逆向思維培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

在課堂教學(xué)過程中，積極引導(dǎo)學(xué)生逆向思考，能夠克服思維定勢，破除由經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣造成的僵化認(rèn)識模式，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在數(shù)字電子技術(shù)課堂教學(xué)過程中，逆襲思維存在多種形式。比如：邏輯代數(shù)中的反演定理[3]

對于任意一個(gè)邏輯函數(shù)表達(dá)式Y(jié)，如果將Y中所有的“1”換成“0”，“0”換成“1”，“.”換成“+”，“+”換成“.”，原變量換成反變量，反變量換成原變量，那么所得的表達(dá)式就是Y的[Y]。利用好其中的“0”與“1” 、“ +”與“ ·” 、原變量與反變量的替換，引導(dǎo)學(xué)生利用反演定了就推導(dǎo)出一些基本的定理和公式，讓學(xué)生對對邏輯代數(shù)中的基本定理和公式的理解和記憶更加深刻。

2 基于發(fā)現(xiàn)法的自學(xué)能力的培養(yǎng)

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生對課程體系的理解和掌握。在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的課程體系思維非常有必要。但是課堂時(shí)間有限，積極引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)變得尤為重要。比如：我們在學(xué)習(xí)組合邏輯電路加法器的時(shí)候，全加器的輸出表達(dá)式為：[Si（A，B，Ci-1）=m（1，2，4，7）Ci（A，B，Ci-1）=m（3，5，6，7）]

那么減法器是什么形式呢？雖然課本上沒有講，但可以在此處布置一個(gè)課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生先設(shè)計(jì)全減器，在改進(jìn)設(shè)計(jì)4位二進(jìn)制減法器，然后設(shè)計(jì)4位減法器的級聯(lián)。最后讓學(xué)生以課程設(shè)計(jì)的形式完成減法器的設(shè)計(jì)。

在講觸發(fā)器功能結(jié)構(gòu)時(shí)，首先介紹觸發(fā)器的基本原理及RS觸發(fā)器，講解RS觸發(fā)器的特征方程：

[Qn+1=S+RQnRS=0（約束條件）]

引導(dǎo)學(xué)生分析RS觸發(fā)器存在的約束條件問題、抗干擾能力差的問題，從而布置學(xué)生的課后作業(yè)，分析解決問題的方法，從而為后面講JK觸發(fā)器，D、T觸發(fā)器奠定基礎(chǔ)。

這樣的學(xué)習(xí)方式，既能讓學(xué)生對觸發(fā)器結(jié)構(gòu)體系很快的掌握，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 基于計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

數(shù)字電子技術(shù)是理論與實(shí)踐結(jié)合很緊密的一門學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)是數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的中重要的組成部分。現(xiàn)在很多高校的數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)課程大多都是利用數(shù)字電子的實(shí)驗(yàn)箱來完成的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。大多學(xué)生沒有興趣，也不能讓學(xué)生正真理解數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的精髓。為了更好完成數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)電思維，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)仿真的能力，把EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)引入課堂教學(xué)就非常必要的。我們利用EDA技術(shù)把電路中用語言和文字難以表達(dá)的或者不易理解的變化過程進(jìn)行模擬，能更形象的說明電路的功能和時(shí)序電路的時(shí)序波形，使得學(xué)生既能深入地理解所學(xué)內(nèi)容，還能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)習(xí)效率。比如：我們利用MAX+plusⅡ仿真4位移位寄存器的波形：

通過仿真的波形，我們就能夠清楚的分析出各個(gè)時(shí)序電路的邏輯功能。通過不斷的實(shí)踐，學(xué)生熟練了EDA的使用，可以結(jié)合校內(nèi)外的創(chuàng)新項(xiàng)目，電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力。

4 基于電子競賽的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽是教育廳倡導(dǎo)的四大學(xué)科競賽之一，其特色是與理論聯(lián)系實(shí)際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際制作，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。在實(shí)踐教學(xué)過程中，每章結(jié)合往年電子設(shè)計(jì)大賽的賽題安排實(shí)驗(yàn)，即能夠使學(xué)生把所學(xué)的理論知識在試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，還能夠鍛煉學(xué)生利用理論知識進(jìn)行創(chuàng)新處理，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，發(fā)展學(xué)生獨(dú)立的思維，培養(yǎng)他們的個(gè)性。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生到了工作崗位就會很快適應(yīng)角色，顯現(xiàn)出很強(qiáng)的綜合素質(zhì)。

5 基于項(xiàng)目的學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

項(xiàng)目教學(xué)法在《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的運(yùn)用，不僅對學(xué)生學(xué)習(xí)積極、性主動(dòng)性有顯著的提高和促進(jìn)，還對學(xué)生的創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)合作能力以及綜合素質(zhì)的提升都能夠起到很好的效果。項(xiàng)目教學(xué)大致分為五個(gè)步驟：確定目標(biāo)任務(wù)、擬定項(xiàng)目的計(jì)劃、組織項(xiàng)目實(shí)施、檢查評估、總結(jié)在項(xiàng)目結(jié)束后應(yīng)及時(shí)對項(xiàng)目成果進(jìn)行評價(jià)總結(jié)、項(xiàng)目展示或結(jié)果應(yīng)用。

比如：在《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)中講到組合邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)候，我們安排學(xué)生實(shí)踐項(xiàng)目是：用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)三變量“多數(shù)表決電路”。

按照合組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法要求，學(xué)生首先根據(jù)邏輯功能的要求，列出輸入和輸出變量的真值表；由真值表列出邏輯函數(shù)表達(dá)式；按照最簡表達(dá)式畫出邏輯電路圖。

接下來讓各小組指導(dǎo)工作計(jì)劃，規(guī)劃好任務(wù)分工，讓學(xué)生即參與又在互相競爭，教師在這個(gè)環(huán)節(jié)起到監(jiān)督的作用，主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的競爭和協(xié)作的意識。

按照理論分析，令74LS138 3線-8線譯碼器的地址端分別為[A2=A、A1=B、A0=C]

則：[Y=m3+m5+m6+m7=m3m5m6m7]

按照理論分析，結(jié)合學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，可以設(shè)計(jì)的電路如圖5。

項(xiàng)目結(jié)束以后，各個(gè)小組負(fù)責(zé)檢查安裝，發(fā)現(xiàn)問題立即調(diào)整法案，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

一門課程的學(xué)習(xí)，不僅要讓學(xué)生掌握扎實(shí)的專業(yè)知識，還要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、自學(xué)能力、利用計(jì)算機(jī)思維解決課程問題等能力，我想這才是我們提高教學(xué)質(zhì)量的根本，是每個(gè)教師的 “傳道”這樣培養(yǎng)的學(xué)生才是社會需要的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M] .北京：高等教育出版社，2006.

[2] 清華大學(xué)自動(dòng)化系電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)組.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的建設(shè)與實(shí)踐[C] .北京： 2004.

[3] 余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程：第三版[M].北京：高等教育出版社，2006.