應用型本科數字電路與邏輯設計教學改革

楊廷來

【摘 要】數字電路與邏輯設計課程的教學經過數十年的發展和經驗積累，教學過程和教學方法基本都已有了成熟模式，各大工科院校關于該門課程的精品課程也有不少。但因為應用型本科或專科院校的學生基礎較為薄弱，接受能力和學習能力有限，導致常規教學方法和教學模式在應用型本科或專科院校實施起來卻不太順利。本文就應用型本科或專科院校的數字電路與邏輯設計實驗課程教學提出了應用教學方法，以更好地適應學生。

【關鍵詞】數字電路與邏輯設計；實驗教學；教學改革

數字電路與邏輯設計課程是計算機科學與技術、網絡工作以及軟件工程等計算機專業的專業基礎課程，該門課程是對其先修課程為電工電子學的深入和鞏固，是其后續課程計算機組成原理的基礎，故該門課程在計算機專業的硬件課程體系中起著承上啟下的作用，如果學生不能較好的掌握對該門課程，對后續的數字電路與邏輯設計課程設計以及后續計算機組成原理課程產生較大的影響。

然而對于應用型本科或者專科院校的學生而言，他們基礎相對較為薄弱，學習能力和接受能力有限，而該門課程作為硬件基礎課程，雖然知識點相對較少，電路也相對簡單，理論課的知識基本能夠掌握，但實驗課卻不太理想。雖然從課本的電路圖到實際的實驗箱的接線，或者是從接線圖到實際動手接線都是一一對應，非常直觀，實驗順利的學生又覺得沒意思，實驗出現故障的不順利的時候，部分學生會向老師求助，而剩下的要么胡亂操作，要么直接放棄，打擊學生自信心和學習興趣，導致教學效果達不到預期。

一、目前數字電路與邏輯設計的教學方法分析

當前數字電路與邏輯設計的教學模式主要分為課堂教學、課程內實驗教學和課程設計，其中課堂教學主要采用理論分析、知識點講解、以及例題分析，然后布置課后作業，讓學生進行課后練習以掌握應知應會的知識。實驗教學以驗證型實驗為主，通常是老師講解或者進行實驗演示后，學生根據實驗指導書進行實驗，然后根據實驗結果撰寫實驗報告。課程設計是以加深學生對該門課程的理解和深入學習，應用數字電路與邏輯設計課程知識完成課題任務的設計，一般采用multisim軟件進行設計和仿真。

上述課堂教學只能讓學生學習相應的知識點，而當學生在實際中遇到問題時，卻一臉茫然，不知所措。這一點在實驗教學中便凸顯出來，雖然給予學生講解實驗該如何進行，如何接線，但學生操作起來，便只會依葫蘆畫瓢，一旦實驗不成功，或者出現偏差，就不知道如何查找問題，如何解決問題。同時，還有部分同學按照原理圖接好線，然后記錄結果，正好與理論相符，覺得太簡單、太容易了，沒意思。于是出現了實驗成功的覺得沒意思，實驗失敗的覺得好難，不管是哪一種，都沒有真正的掌握透徹應知應會的東西。

二、故障排除教學法在教學中的應用

為了讓學生除了掌握應知應會的知識點外，還能夠多掌握一定發現問題和解決問題的方法，讓數字電路與邏輯設計課教學效果稍微好一點，本文提出將故障教學應用到課堂教學和實驗教學。讓學生在課堂學習中除了學習理論知識的同時，學習一些解決問題的方法，然后將這些方法在實驗教學中進行練習，并在實際操作中掌握發現問題解決問題的能力，提高學生的自信心，加深學習興趣。

（一）課堂教學中的應用

作為一門硬件課程，硬件的連接難免出現各種各樣的故障，而純理論的教學基本都是基于理想情況下進行的，如果只掌握理論知識，掌握的再好，也無異于紙上談兵，這一點在學生期末完成課程設計的時候就凸顯出來了。讓學生完成單獨一個芯片的仿真，有學生不知道芯片的輸入信號怎么給，輸出信號又該接到哪里去，出現問題了更是不知道如何檢查排錯。

因此，將各種電路故障引入到教學中，學生方才知道課堂上講的輸入信號、輸出信號哪里來、哪里去。如此便能使學生能夠清晰直觀的通過仿真和故障排除的仿真教學，理解理和掌握理論知識。尤其是對于基礎較為薄弱，對實際電路沒有接觸過的應用型本科院校的學生而言，面對一個小的故障，也許都不知所措，所以在課堂上提前進行故障分析，讓學生有所了解，掌握故障的排除和解決方法是很有必要的。

下面以數字電路與邏輯設計課程入門必須掌握的74ls138譯碼器為例。在課堂教學中，往往只會講輸入高低電平（1/0），學生往往不會接下拉電阻，而是以為開關撥上去閉合就是接+5V為邏輯1，斷開就是邏輯0，。而實際上斷開輸入引腳是懸空狀態，而非接地（邏輯0）。

故障分析教學，例如如果74ls138譯碼電路的Y0-Y3可以正常譯碼顯示，而Y4-Y7無法正常譯碼顯示，分析該電路可能出現故障的地方以及故障確定方法。因為3-8電路輸入三位二進制，低兩位可以正常譯碼，Y4往后無法譯碼，則可能是輸入信號C端沒有高電平，用萬用表測量C引腳電壓即可。如果C腳電壓正常，則測量100～111譯碼后對應的Y4- Y7引腳的電壓，如果正常譯碼則可能LED1有問題，否則74ls138譯碼器損壞。

類似于上面簡單實用的故障分析及故障確定的方法，能夠讓學生跳出枯燥的純理論學習和解題的學習過程，引導學生的“工程師”思想，即發現問題，分析問題，確定問題并解決問題的思維和能力。

（二）實驗教學中的應用

課堂上使用故障分析教學方法，將分析問題的思維帶給學生后，在實際電路操作實驗中，學生能夠使用這種思維去解決實驗中遇到的電路故障，但有些問題卻用課堂上的知識無法直接解決，比如關于引腳懸空的問題，。課堂上懸空引腳一般默認我輸入邏輯0，但實際電路中，有些電路卻默認為高電平，比如二輸入與門、三輸入與門、當只給其中一個輸入引腳接入高電平（+5V），二輸入或門接低電平（0V）時，輸出都是高電平，說明懸空的引腳都是默認的高電平，而非低電平。

同時，通過課堂教學和實驗教學，能夠讓學生意識到，電路中的輸入信號如果不用，一般是不可以懸空的，除了上述的默認高電平還是低電平的問題以外，還有就是輸入信號引腳懸空，容易受到外界的干擾。

三、改革效果

通過將故障排除教學法引入到課堂教學和實驗教學，效果良好。課堂上不再是純粹的理論，學生不再認為簡單的認為知道理論就可以了，通過故障排查和故障解決，激發了學生在課堂上查找問題和解決問題的興趣。在找問題、解決問題的過程中，將理論知識掌握的更牢固。該方法尤其是在實驗教學中體現的最為明顯，學生逐漸變得積極參與，認真對待，重點是不再是一出故障就只會找老師請教，開始學會自己查找問題和解決問題。

四、結束語

對于應用型本科學生的教學，純理論知識的學習讓學生學的較為痛苦，應跟多的與實際應用相結合，讓學生切實的去看到和感受到理論和實踐之間的關系，理論指導實踐，實踐補充理論。理論武裝大腦，實踐提高興趣，并將知識深入的理解到位，這正是我們教學的目的。

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