數字電路實驗課程線上平臺的建設與研究

姚雪+王杰

摘要：針對數字電路基礎實驗教學過程中，當前的實驗教學方式與方法存在的以下不足。第一，學生對數字電路設計的電路原理圖設計重視不夠；第二，實驗課時安排比較緊張；第三，實驗課后的交流與小結環節沒有有效開展。擬采用線上平臺解決上述問題，可以充分發揮教師主導，學生主體作用，將學生的被動接受轉化為主動學習，將知識的單向傳遞轉化為師生間的互相交流，甚至實現翻轉課堂。

關鍵詞：數字電路實驗；線上平臺；翻轉課堂

一、 引言

數字電路基礎實驗是電子信息工程專業的基礎課程，屬于重要的學科基礎課程，該課程對應的理論課程在電子信息工程專業人才的培養中起著關鍵的作用。而實驗課程是對理論課程的輔助和補充，希望通過實驗課程的學習使學生更好地理解和掌握該門理論課程，本人在從事數字電路基礎實驗教學的過程當中，發現當前的實驗教學方式和方法存在以下不足：第一，學生對數字電路的電路原理圖設計重視不夠。作為一門數字電路設計課程的配套實驗課程，該門實驗課程的教學對實驗電路的設計強調不夠，實驗過程中大多數字電路原理圖不是由學生自行查找芯片資料進行事先設計的，而是在實驗課上由實驗指導教師直接給出的。第二，實驗課時安排比較緊張。存在很大一部分學生無法按時完成實驗相關內容的情況。第三，實驗課后的交流與小結環節基本沒有開展。目前，實驗課后的總結主要是由學生在實驗課后完成實驗報告的書寫和書面形式進行，很少能與實驗指導教師進行溝通。

基于以上的教學現狀分析，如果采用線上平臺可以很好地解決上述問題。可以發揮教師主導，學生主體作用，將學生的被動接受轉化為主動學習，將知識的單向傳遞轉化為師生間的互相交流，甚至實現翻轉課堂。

二、 數字電路實驗課程線上平臺的建設方案

（一） 采用的實驗教學方法

在整個實驗教學過程中，主要分為以下四個步驟：

第一步，指導教師通過線上平臺向學生公布實驗內容，包括電路設計提示，設計要求和實驗思考題；第二步，指導教師要求學生以小組為單位在上課之前完成電路的設計，包括畫出電路圖，下載所用芯片的資料；第三步，要求學生利用實驗平臺完成對自己設計電路正確性的驗證，并記錄測試數據；第四步，通過線上平臺進行交流討論，并完成實驗總結報告。

第一步旨在提高學生對數字電路設計的電路原理圖設計重視程度；第二步的過程中，可以使學生完成對基礎知識的梳理與掌握，完成電路設計；與此同時，還可以鍛煉學生信息檢索的能力，學生在查找芯片資料的過程中，可能需要經過以下三個步驟：第一，需要確定你所需芯片的生產廠商；第二，需要在其官網上下載芯片的數據手冊；第三，需要學生在數據手冊及其相關資料上獲得有用信息，諸如芯片的電氣特性，引腳分布，時序特性，價格。通過第四步，彌補了當前實驗教學過程中只提供實驗總結報告的不足，增加了課后進行交流溝通的平臺和機會。

（二） 實驗報告要求

實驗報告需要反映以下工作：本次實驗的目的；涉及的相關實驗原理；設計的一位二進制全加器電路圖；設計的利用超前進位加法器實現運算電路；選用芯片的數據手冊（附在實驗報告后面）；利用實驗箱驗證的設計電路的測試數據；課上和課后利用新媒體進行設計電路交流的心得體會；實驗總結。

（三） 實驗教學考試考核標準

此次實驗教學的考試考核，緊緊圍繞教學目的進行開展：首先是學生對知識的掌握熟練度占40%，主要從電路設計的正確性，以及在電路測試過程中實驗速度的快慢兩個內容進行考察；其次是學生信息檢索的有效性占30%，主要從學生是否能正確下載芯片數據手冊和快速從數據手冊中獲取有用信息等方面進行考察；最后是交流總結過程中學生參與的積極性，這個方面占30%，主要從在利用遠程演示時交流的積極性以及實驗總結報告和思考題的完成度上進行考察。

（四） 實驗教學改革的創新

此次的實驗教學的創新體現在兩個方面，第一，是不直接向學生給出可能需要用到芯片的資料，而是要求學生自主選擇，查找芯片資料，進而達到鍛煉學生信息檢索的能力，提升學生在信息查找、獲取、篩選方面的綜合素質；第二，改變以往在實驗課堂上僅采用實驗總結報告進行討論交流的模式，采用線上平臺實現交流溝通，這種新興的交流方式更容易被學生接受，能有效地激發學生對學習的興趣。

三、 一位二進制全加器實驗教學實例

第一步，公布實驗內容，給出電路設計提示。在上課前給出3種可能實現一位二進制全加器的電路設計方案，學生可以根據任意一種提示完成電路設計，當然學生也可以不采用這3種方案另外采取其他可能完成一位二進制全加器的設計的方案。電路設計提示如下：利用公式法對標準與或式化簡——可用兩輸入異或門和兩輸入與非門實現；利用譯碼器實現一位全加器——可用138譯碼器和四輸入與非門實現；利用多路選擇器實現一位全加器——可用數據選擇器74LS151實現。第二步，學生以小組為單位在上課之前完成電路的設計，包括畫出電路圖，下載所用芯片的資料。第三步，學生利用實驗平臺完成對自己設計電路正確性的驗證，并記錄測試數據。第四步，通過線上平臺進行交流討論，并完成實驗總結報告。

四、 結語

通過對當前數字電路基礎實驗教學的改革，能有效地提高學生以下三個方面的能力：首當其沖的是對知識的理解，掌握及其應用，掌握數字電路連接，調試，測試的基本方法；其次是提升學生信息檢索的能力，在高度信息化的今天，如何從紛繁的信息中快速查找，獲取有價值的信息將會是決定一個人是否能取得成功的關鍵因素之一；最后是通過線上平臺培養了學生交流溝通、團隊合作等綜合能力。

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