基于有序腦圖反饋修正的數(shù)字電子技術(shù)教學改革初探

畢 雪

（西華大學電氣與電子信息學院 四川·成都 610039）

1 反饋修正的教學模式

數(shù)字電子技術(shù)是針對強電和弱電專業(yè)學習數(shù)字邏輯設計知識而開設的重要專業(yè)基礎課之一。它是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的重要基礎學科。數(shù)字電子技術(shù)是一門理論與實際緊密聯(lián)系的課程，具有發(fā)展速度快、理論抽象等特點。該課程教學效果的好壞直接影響后續(xù)一些專業(yè)課程的教學。

近年來，各高校意識到數(shù)字電子技術(shù)課程教學中存在的問題，因此積極采取措施，針對數(shù)字電子技術(shù)的教學進行針對性改進，力求有效提高數(shù)字電子技術(shù)課程的教學效果，激發(fā)學生的學習熱情，提高學生的整體水平。傳統(tǒng)的教學手段，以老師為主題，學生被動接受為框架，教學效果不理想，學生對于邏輯抽象，芯片的具體應用能力差，不能適應日益變化的學習和就業(yè)形勢。本文針對數(shù)字電子技術(shù)，學生興趣不高，涉及的課程內(nèi)容抽象等問題，通過對教學手段和方法做了改進，結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的理論教學，提出基于“有序腦圖”的反饋修正的教學方法應用于教學過程取得了較好的效果。

英語中反饋，即機械過程中“返回到早先的狀態(tài)”。在19世紀60年代開始在美國使用。在1909年，諾貝爾獎獲得者卡爾·布勞恩開始將“feed-back”這個短語作為名詞來使用，表示電路中元件之間的耦合。至今，反饋是控制論的基本概念，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，它們之間存在因果關系的回路，進而影響系統(tǒng)功能的過程。在數(shù)字電子技術(shù)的預備課——模擬電子技術(shù)里曾深入探討和學習反饋的含義。修正是指在學習過程中，根據(jù)知識的反饋結(jié)果做進一步修正，以實現(xiàn)對抽象概念的理解。

數(shù)字電子技術(shù)課程鮮明的特點是所需要學習的芯片數(shù)量多，每個芯片的功能大都不相同，不同芯片之間如何整合利用以實現(xiàn)具體的功能更是難上加難。針對這一問題，本文提出以芯片為對象，建立腦圖，以反饋修正為方法有效解決對單一芯片以及芯片之間整合問題，從而提高教學質(zhì)量。

2 數(shù)字電子技術(shù)的教改措施

2.1 建立基于單一芯片為對象的腦圖

采用現(xiàn)代化教學手段和方法，使得數(shù)字電子技術(shù)課程的教學靈活、生動而高效。傳統(tǒng)的板書授課存在一定的局限性，速度慢而且不夠形象直觀，影響授課效果，而利用多媒體授課，可以使數(shù)字電路的教學變得省時省力。對于比較復雜的電路圖、真值表，教師可以采用幻燈片的形式直接放映，再進行詳細講解，也可以采用合適的計算機軟件，將波形圖、時序圖以動畫或者仿真的形式展示給大家，節(jié)省了大量的時間，令抽象的理論知識變得更加生動而容易接受，從而提高教學效率。雖然幻燈片速度快，對于高度邏輯抽象的知識，學生理解起來也會比較吃力。因此，不僅將傳統(tǒng)教學和現(xiàn)代化教學相結(jié)合，通過讓學生畫腦圖以引入主動學習機制。不僅提高學生的主動性和能動性，而且對實現(xiàn)對抽象知識的多角度多尺度理解。

在授課過程中，讓學生學習了14個芯片，分別涉及到編碼器，譯碼器，數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)值比較器，鎖存器，計數(shù)器，觸發(fā)器，寄存器，555定時器，D/A轉(zhuǎn)換器。首先每涉及到一個新的芯片，就會讓學生在固定的一頁（成為X頁）寫上該芯片的名字，類型和對應書上的頁碼。這一過程可較好實現(xiàn)對課堂所學知識的深入和自我反饋以及對錯誤之處的修正。

以74LS138集成3線8線譯碼器為例介紹。作為一個典型的譯碼器，邏輯表達式和功能表未講授以前，就會讓學生在X頁寫上74LS138集成3線8線譯碼器的名稱，功能以及所在的頁碼以建立索引。只有發(fā)揮好教師的主導作用，學生的自主學習能力才能逐步培養(yǎng)起來。任課教師完全沒有必要以單向活動的方式去傳授要掌握的基礎知識和重點，而是在教學過程中，通過讓學生制作腦圖使學生建立適合自己的數(shù)電知識體系。在教學過程中輔導學生不斷完善腦圖并適時總結(jié)，從而提高學習效率，培養(yǎng)自主學習的基本素質(zhì)。課后會讓學生以X頁為基本頁，利用網(wǎng)絡資源搜索課堂上未曾涉及過的知識以及與其他芯片整合的相關知識。

2.2 以單一芯片為點，構(gòu)成芯片整合的圖

課程在進入半期之后，在X頁所列出的芯片數(shù)量為8個。在此基礎上，該8個點可構(gòu)成一張簡單的圖。該圖為有向圖，方向代表芯片之間的級聯(lián)整合。半期以后，以小組為單位，完成較為復雜的“有序腦圖”。腦圖的直觀特性課實現(xiàn)對每個相關聯(lián)芯片的知識點進行比較，幫助學生了解知識點之間的異同，引導學生觸類旁通，從而舉一反三，有助于知識的靈活掌握和應用。例如：集成譯碼器74HCl38和集成數(shù)據(jù)選擇器74HC151都可用作邏輯函數(shù)產(chǎn)生器。此時通過“有序腦圖”可引導學生比較這兩種芯片在接線方式上的差異。

教師在教學活動中要多方面地創(chuàng)造條件，通過有序腦圖的帶動作用，調(diào)動學生的學習主動性與自覺性，為學生主動探索提供時間與空間，把學習的主動權(quán)交給學生，充分發(fā)揮學生的主動作用，讓學生自己去發(fā)現(xiàn)、去動口、去動手、去動腦，然后以腦圖為點，幫助他們總結(jié)出數(shù)子電子技術(shù)相關知識的重點和難點，使學生真正成為學習的主人。

2.3 以有序腦圖，加強并修正學生對抽象理論知識的理解

時序邏輯電路這一章中，異步時序邏輯電路的分析是難點。教師可以借助有序腦圖搭配動畫，讓學生觀看觸發(fā)器在不同的時鐘信號的作用下狀態(tài)更新的過程，從而更加深刻地了解“異步”和“同步”的區(qū)別。與此同時，通過腦圖中對所列出的“異步”和“同步”芯片的對比，可進一步反饋和修正學習初期對抽象概念的認知。

再如，時序邏輯電路這一章中計數(shù)器的設計也是重點和難點，教師可以通過腦圖中所涉及的多個計數(shù)器芯片，通過外加原件，分別設計具有不同功能的計數(shù)器，觀察和比較輸出的時序圖。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程可以總結(jié)出，電路的實質(zhì)是對時鐘信號的周期進行計數(shù)，從而使計數(shù)器的原理和應用變得更容易被學生接受。不僅采用多媒體和板書教學結(jié)合的方式，而且利用先進的學習方法—有序腦圖可以將數(shù)字電路中很多知識點的講授變得更生動、形象，從而增強教學效果。

通過半期和階段性測試，發(fā)現(xiàn)通過“有序腦圖”的制作，學生對芯片的個體認知，以及對芯片級聯(lián)整合的系統(tǒng)認識得到了提高，實現(xiàn)了對所學知識的及時反饋和修正。進一步，該方法可使所學知識更牢固、系統(tǒng)和魯棒。

3 結(jié)論

數(shù)字電子技術(shù)課程集中了數(shù)字化信息所需要的知識，這門課從分立件的門電路，到現(xiàn)在的集成芯片門電路，從以TIL電路為主到以MOS電路為主，從中小規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路，特別是與其它相關領域的聯(lián)系越來越緊密。隨著電子科學、信息科學的快速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)課程的內(nèi)容更新速度也將越來越快。近年來，高校逐漸意識到數(shù)字電子技術(shù)課程教學中存在的問題，因此積進行相關的教學思考和改革。針對學生在學習數(shù)字電子技術(shù)課程中所遇到的邏輯抽象，芯片的具體應用能力差，不能適應日益變化的學習和就業(yè)形勢的問題，力求有效提高數(shù)字電子技術(shù)課程的教學效果，激發(fā)學生的學習熱情，提高學生的整體水平，提出了基于“有序腦圖”反饋修正的教學方法。該方法借助有序腦圖，使學生對相關芯片的知識點進行比較，幫助學生了解知識點之間的異同，引導學生觸類旁通，從而舉一反三。學生作為教改方法的試點對象，通過該教改方案的逐步實施，學生們對數(shù)字電子技術(shù)設計興趣明顯提高，綜合能力得到增強，特別是對芯片的理解和運用能力顯著增強。今后將進一步圍繞教學方法的改革開展一些高效的探索。