《數字電子技術》課程內容和教學方法的探究與改革

沈亮 劉君實 董瑋 周敬然

摘要：針對《數字電子技術》課程的教學內容與方法進行探究，從理論與實驗課程兩方面對教學內容進行選取與整合，根據“以需求為出發點、以興趣為切入點、以互聯網為著力點、以考核為關鍵點”的改革理念對教學方式進行調整。

關鍵詞：《數字電子技術》；教學內容；教學方法；改革

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）34-0105-03

一、引言

《數字電子技術》是工科電子信息類專業重要的專業基礎課程之一[1，2]，該課程作為我院（吉林大學電子科學與工程學院）大二下學期所有專業（除理科試驗班外）近500人的必修課程，并且該課程與后續的“高頻電子線路”、“微機原理”和“單片機原理”等多個專業課程聯系緊密，是教學體系中的基礎課程，在教學中起到至關重要的作用。隨著電子技術的不斷發展，為適應社會，順應時代潮流[3，4]，我院的《數字電子技術》課程將進行教學內容和教學方法上的探究與實踐[5]。

二、研究意義

一方面隨著大規模集成電路制造工藝和電子設計自動化技術的迅速發展，數字電子技術方面的知識也迅速更新[6，7]，因此調整數字電子技術的教學內容就成為必然。另一方面，高等學校是培養學生綜合素質、能力的主要陣地，恰當的教學方法對學生掌握所學內容、解決實際問題至關重要。“數字電子技術”課程的新一輪探索與實踐將在以下兩方面起到重要作用。

1.以社會對人才的需求為教學目標，培養應用型人才。每年我院本科生500余人，近3/5的學生在完成本科學習之后選擇就業，并且大多數學生將就業主戰場選定為電子通信行業。隨著數字電子技術的飛速發展，行業中對于數字電子技術知識的掌握尤為重視，因此，將以社會對人才的需求作為教學目標，增強課程的實用性與學生的技術應用水平，與時俱進，培養靈活的應用型人才。

2.以實驗教學為依托，培養創新型人才。對于《數字電子技術》課程來說，在實驗課部分教學中，分模塊進行，循序漸進，以實際問題為導向，引導學生自上而下地進行一個系統的方案設計和電路實現[8，9]，增強學生的學習興趣，發揮想象力，創新思維，創新學習方法，培養創新型人才。

三、教學內容改革

通過我院任課教師幾年來的總結發現，要以教材作為授課的依據與基礎，以社會對人才的需求作為教學目標，把提升學生的技術應用水平作為教學核心，對《數字電子技術》課程進行教學內容上的改革。

1.理論部分課程內容的改革。在理論知識授課過程中，我院采用高等教育出版社出版由清華大學電子學教研組閆石主編的《數字電子技術基礎》（第五版）進行課堂授課。教材前三章為數字電子技術的基礎內容，從第四章開始涉及組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件、硬件描述語言簡介、脈沖波形的產生與整形以及數—模和模—數轉換等內容。

近年來，通過我院多名教師對教材的分析總結，結合當今數字電子技術發展趨勢，以必須、夠用為尺度[10]，對教學內容進行了合理的選取與整合，整理得出理論部分授課內容的最新安排：第一章：數制和碼制，重點內容為1.3節不同數制間的轉換；第二章：邏輯代數基礎，重點內容為2.2節邏輯代數的基本公式和常用公式、2.5節邏輯函數及其表達方式及2.6節邏輯函數的簡化方法；第三章：門電路，重點內容為3.3節CMOS門電路和3.5節TTL門電路；第四章：邏輯組合電路，重點內容為4.2節TTL門電路、4.3節若干常用的組合邏輯電路以及4.4節組合邏輯電路中的競爭—冒險現象；第五章：觸發器，重點內容為5.2節SR鎖存器、5.3—5.5節電平/脈沖/邊沿觸發的觸發器以及5.6節觸發器的邏輯功能及其描述方法；第六章：時序邏輯電路，重點內容為6.2節時序邏輯電路的分析方法、6.3節若干常用的時序邏輯電路以及6.4節時序邏輯電路的設計方法；第七章：脈沖波形的產生及整形，重點內容為10.5節555定時器及其應用；第八章：數—模和模—數轉換，重點內容為11.2節D/A轉換器和11.3節A/D轉換器。

2.實驗部分課程內容的改革。《數字電子技術》作為一門基礎課程，需要學生動手操作來鞏固并掌握所學知識，將理論學習與實際操作緊密結合，進一步達到與實際應用相接軌的目的。我院在理論學習的基礎上，自行編撰實驗教材，并于理論課程結束后展開實驗課程教學。目前，經過多位教師的討論與修改，實驗課程授課內容如下：實驗一：TTL各種門電路功能檢測，主要包括：（1）與非門邏輯功能測試；（2）或非門邏輯功能測試；（3）與或非門邏輯功能測試；（4）異或門邏輯功能測試；（5）利用74LS00二輸入與非門實現“與電路”、“或電路”、“或非電路”、“異或電路”。實驗二：組合邏輯電路分析，主要包括：（1）分析驗證半加器的邏輯功能；（2）分析驗證全加器的邏輯功能；（3）分析驗證半減器的邏輯功能；（4）分析驗證全減器的邏輯功能；（5）分析四位奇偶校驗器的邏輯功能；（6）分析四元碼/反碼轉換器的邏輯功能。實驗三：變量（三—八）譯碼器實驗，主要包括：（1）譯碼器邏輯功能測試；（2）利用譯碼器構成全加器；（3）利用74LS138和74LS20設計一個多輸出函數。實驗四：觸發器，主要包括：（1）以74LS238為例，了解全加器及其應用；（2）以74LS153為例，了解數據選擇器及其應用。實驗五：計數器，主要包括：（1）74LS74D觸發器邏輯功能測試；（2）74LS112 JK觸發器邏輯功能測試；（3）74LS112 JK觸發器和74LS00與非門構成D觸發器。

四、教學方法的改革

在我院多年的《數字電子技術》課程教學實踐中，貫徹了“以需求為出發點、以興趣為切入點、以互聯網為著力點、以考核為關鍵點”的教學改革理念，將課堂教學與實驗教學相融合，在此基礎上采用以下幾種方式對教學方法進行改革。

1.以需求為出發點，增加開放性實驗教學。在教學方法上，為適應社會對人才的需求，著重培養創新型、綜合型人才。在實驗教學過程中，加入拓展思維的設計性、綜合性的開放性實驗，布置實用性問題，推動學生自己思考設計，并動手操作來達到實驗目的[11]。例如：在變量（三—八）譯碼器實驗中，可以讓同學們利用譯碼器實現表決器，規定三人投票表決，A有一票否決權，并且在A同意時，B、C至少有一位投贊成票時才能通過，要求設計電路并實現上述功能。通過這種簡單基礎的設計性、綜合性實驗，使同學們在完成實驗的過程中，對所學知識加以鞏固，加深對知識的理解，同時將所學應用于實際的生活生產之中，提高學生的實際操作能力[12]，培養學生發現問題、思考問題、解決問題的能力，為今后步入社會、順應社會發展打下堅實基礎。

2.以興趣為切入點，鼓勵學習小組參賽。當下，高校學生參與“全國大學生電子設計大賽”、“挑戰杯”等專業知識競賽越來越常態化，而數字電子技術作為參賽者所必須掌握的基礎課程[13]，在教學方式上，體現為以興趣作為切入點，鼓勵學生多學、多練。一方面，課堂上成立普通學習小組進行學習，針對實驗共同討論，共同研究，以強帶弱，以弱促強，形成一種自主互助的學習模式，保證90%以上的學生掌握該課程的基本知識；另一方面，鼓勵學生形成競賽學習小組，從興趣出發，有針對性地學習，達到強強聯合的目的，并鼓勵學生參賽，教師進行知識點的深入剖析，重點講解，充分為參賽小組提供保障，使我院學生真正做到競賽常態化，培養出一批優秀的專業性人才。目前我院學生已獲得“全國大學生電子設計大賽”國家級一等獎。

3.以互聯網為著力點，建立專用課程網站。隨著社會的不斷發展，互聯網等多媒體形式在教學中的應用越來越廣泛。目前，在我院《數字電子技術》的教學當中，已采用板書與PPT相結合的形式，使得更多課程的教授更加直觀，易于理解。在此基礎上，以互聯網為著力點，建立《數字電子技術》專用課程網站，形成立體化的網絡教室，設立包括課程概況、理論教學、實驗實踐、在線作業提交、成績公示、Q&A（常見問題問答）、教學資料和互動等欄目模塊，利用主流媒體視頻技術，把理論教學和實踐教學內容制作成視頻，放在課程中心網站，供學生反復學習，形成與學生長期的有效互動，利用科技手段達到現代與傳統教學模式的結合。

4.以考核為關鍵點，進行考核制度改革。建立一套以基本知識和應用能力為主的課程考核方法，既能考核學生對基礎知識的掌握情況，又能對知識的應用能力進行檢測。目前我院對《數字電子技術》理論課程部分采取平時成績、期中考試和期末考試共同考核的方式，各占總成績的20%、30%、50%。平時成績以課堂出勤率和平時作業為主要依據，考核學生的聽課和課后鞏固等情況；期中考試與期末考試采用閉卷答題形式，考查學生對于知識的掌握。對于實驗課程部分，采用平時成績與期末考試成績相結合的考核方式，平時成績以實驗報告為主，期末成績以試卷分數為主，各占總成績的60%和40%。考核制度方面，我院在原有考核形式基礎上，在實驗考核中加入開放性設計操作實驗，考試時隨機抽取題目進行現場操作，增強學生對知識的實際應用能力，激發他們的創造性和開放性，引導學生以實踐技能、綜合分析為主，真正理解所學的知識，使學生既鞏固理論知識又訓練動手能力。

五、結語

《數字電子技術》課程內容與教學方法的改革在我院實際教學中成效顯著，一方面探索出適合于不同層次、不同理論基礎的學生的教學方法，保證90%以上的學生能夠掌握該課程的基本知識，達到課程的基本要求；另一方面完善和更新了《數字電子技術》的理論教學內容和實踐教學內容，使得課程內容更加符合實用性的基本需求，順應當下社會電子技術的發展，為社會輸送了更多的創新型、綜合型人才。

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