思維教學在數字電子技術中的應用

丁巖松　王曉麗　薛海鷹

【摘 要】作為電子技術學習中一門重要的專業基礎課，《數字電子技術基礎》起著舉足輕重的作用，有著較強的理論特點和工程實踐性。針對本門課在教學過程中存在的困難，結合一線教學經驗，對教學方法進行創新，以“模擬到數字”、“數學到邏輯”、“分立到集成”、“理論到實踐”四種思維方式的轉變貫穿課堂教學，達到了較好的授課效果。

【Abstract】As an important professional basic course of electronic technology learning， "Fundamental Digital Electronic Technique" has the pivotal status， there are theoretical characteristics and engineering practice. According to the difficulties in the teaching process of this course， and combining with the teaching experience， we innovate the teaching method， and change the thinking method using four methods of "from modeling to digital"， "from math to logic"，"from separation to integration"， "from theory to practice"， and throughout the change into the course teaching， to realize a good teaching effect.

【關鍵詞】數字電子技術；模擬；分立；集成

【Keywords】digital electronic technology； simulation； separation； integration

【中圖分類號】G642.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）01-0088-02

1 引言

《數字電子技術基礎》（以下簡稱“數電”）是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業在電子技術方面的一門專業基礎課程，具有自身的體系和很強的實踐性。

“數電”的前繼課程為模擬電子電路，后續課程是微型計算機原理，起著承上啟下的作用。如何學好這門課程？經驗來談，學生在經過《電路》和《模擬電子技術基礎》兩門課程的學習后，往往將“數電”的學習理解為物理電路的學習，其思維方式也還局限在連續、模擬概念上，沒有形成離散的、數字化的概念，缺乏對知識的思考和總結。而這種思維模式的轉變，也正是取決于教師的課堂引導[1]。因此，要教好和學好“數電”這門課，思維方式轉變必然成為教師教學和學生學習中不容忽視的問題。具體來說，將思維方式的轉變歸納為以下幾點，即：“模擬”到“數字”的思維轉變；“數學”到“邏輯”的思維轉變；“分立”到“集成”的思維轉變；“理論”到“實踐”的思維轉變。

2 思維方式的轉變

2.1 “模擬”到“數字”的思維轉變

由于一般院校的課時安排都是先開《模擬電子技術基礎》，幾周后《數字電子技術基礎》再開課，學生容易搞不清楚這兩門課差別究竟在何處。因此，在“緒論”部分，應該重點介紹“模擬”和“數字”的區別，使同學們有一個從“模擬”到“數字”的思維轉變。

運用直觀的方法，使學生將兩種截然相反的概念聯系在一起，要想建立數字概念，必須通過已經掌握的“連續”概念來建立[2]。（表1）

模擬電路的重點是物理電路，而數字電路更多地強調邏輯分析的應用。因此，課程學習的目的有兩個：其一是基本單元電路的學習；其二是數學邏輯思維的建立。其中，幫助學生建立起數學邏輯思維，不僅對解決學生數學電路難學、難理解問題產生作用，對后續專業課的進一步學習也意義重大。因此，在分清“模擬”與“數字”兩種信號及電路的區別基礎上，討論關于從“數學”到“邏輯”的思維轉變。

2.2 “數學”到“邏輯”的思維轉變

數字電子分為數字邏輯技術和數字電路技術。前者是用數學方法研究和處理事件之間的邏輯關系，后者是研究數字邏輯的電路實現方法。“邏輯代數”只是分析數字電路的一個工具，“0”和“1”僅代表因果關系，而并非具有大小含義[3]。可以借助具體的實例來適應從數學思維到邏輯思維方式的轉變。

用生活中的常見實例來解釋“邏輯”的概念。

圖1所示為一路燈，三地各有獨立控制開關，用A、B、C來表示。任意閉合一個開關，燈亮；任意閉合兩個開關，燈滅；三個開關同時閉合，燈亮。

因為燈只有兩種狀態（“亮”和“滅”）；三個開關也各有兩種狀態（“打開”和“閉合”），建立邏輯關系時，就可以用“1”和“0”來表示截然相反的兩種狀態。當把一個工程問題描述為數字邏輯系統時，就意味著不再關心數量的大小及相互影響，只關心各個事件間的邏輯關系。通過這樣一個簡單的對比，加深了對“邏輯”一詞的理解，抓住了數字邏輯電路課程的特點，與數值大小無關。

2.3 從“分立”到“集成”的思維轉變

隨著科學技術的發展，尤其是微電子技術和計算機技術的重大進展，數字邏輯器件已在短時間內從分立元件發展到中、小規模的集成電路，直到目前常用的大規模和超大規模的可編程邏輯器件（PLD）。

在前續的“電路”及“模擬電子技術基礎”兩門課程中對電子分立元件（如：電阻、電容、電感、二極管、三極管等）的內在特性做了詳細介紹。在“數電”的學習中，應引導學生實現從“分立”到“集成”的思維轉變，將學習重點放到中小規模集成電路上，用時引入大規模集成電路VLSI（包括PAL＼GAL＼FPGA＼

CPLD等）和簡單VHDL語言的內容以體現“新”。

大規格集成硬件集成電路集成——可編程邏輯器件（PLD）系統集成——片上系統（SoC）軟件設計——電子設計自動化（EDA）

2.4 從“理論”到“實踐”的思維轉變

“數電”這門課具有較強的實踐性。純粹的理論會使學生感覺枯燥乏味，而單純的應用缺少扎實的理論基礎，也不可取。因此，在確保理論完整性的前提下，要把實踐教學作為培養學生工程技術能力的主要方式。學生可以通過課堂仿真實驗來驗證所學的知識點，盡可能多地了解數字電子技術領域的新概念、新技術和新方法。改變傳統的僅獲取課本的理論知識就達到學習目的這一想法，盡可能多地接受與“數電”相關的工程實踐訓練，有助于學生建立工程思維觀念，從工程實際的角度去思考和處理問題，用近似的和等效的觀點去分析事物，開啟創造性思維方式。

3 結語

在“數電”課程的學習過程中，實現思維方式轉變是一個非常重要的過程，可以從整體上把握數字邏輯電路課程的基本思想，從而為深入理解所學知識，實現思維方式的轉變，為后續課程的學習打下堅實的基礎，實現“數字—邏輯—集成—實踐”思維模式的建立。

【參考文獻】

【1】陳文楷，徐萍萍，崔剛. 《數字電子技術》課程體系和內容改革的體會[J]. 華北航天工業學院學報，2006（7）：39-40.

【2】劉曉娟.從“模擬”思維到“數字”思維——略論數字邏輯電路課程教學中思維方式的引導[J].職教通訊，2005（8）：35-37.

【3】周偉英. 工科學生工程實踐能力培養的改革與實踐—以“數字電子技術基礎”課程為例[J]. 中國電子教育，2011（1）：61-64.endprint