“數字邏輯電路”課程思政元素的融入探究

曲明哲，陳欣欣，趙 瑩

(哈爾濱學院，黑龍江 哈爾濱 150086)

一、引言

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上鄭重強調“高校要以立德樹人為重”。2020年，教育部頒布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，指出高校要針對各個學科開展課程思想政治教育。

“數字邏輯電路”是一門基礎理論課程，在電子類和計算機類等工科專業中都處于核心的位置。該課程以物理和數學為基礎，具有較強的理論分析性，為后續的單片機原理等專業課程的學習奠定基礎。同時該課程適用的領域很廣泛，具有較強的實踐意義和應用性。“數字邏輯電路”課程的學習，能綜合培養學生理論分析能力，加強系統設計能力，提高邏輯理解能力，鍛煉實際操作能力，切實用理論知識指導學生進行實際應用，增強創新意識。本文圍繞理論知識內容進行修訂與設計，以立德樹人為宗旨，結合知識點融入思想政治理論和職業道德素養，以“春風化雨，潤物無聲”的方式，從科學思維方式形成、科研態度嚴謹性、敢為人先創新性、淡泊名利奉獻性出發，培養學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。在任重而道遠的教學過程中，將理論知識中蘊含的“求實、創新、協作、自律”等德育元素一一挖掘，為具有工匠精神的人才培養道路助一臂之力。

二、教學內容與思政元素的融合

教學內容以數字邏輯電路理論知識為中心，通過情景或事例引入知識內容，再融入思想政治教育內容。通過多方面知識內容的融合，全面挖掘課堂中的育人功能，切實提高學生的邏輯思維能力，充分培養學生的自主創新能力。同時，有效地激發了學生對專業理論知識學習的興趣，促進了課堂中老師與學生的協作互動。

1.數制和碼制

電子產品的出現與發展徹底改變了人類的生活，其中計算機的出現與發展是現代生活快速發展的重要標志。眾所周知，計算機是數學家約翰·馮·諾依曼發明的，其是通過復雜的程序運算執行各項任務和完成相應功能的。但是大家可能不知道，計算機僅僅是通過運用兩種狀態就實現了快速、準確、復雜的運算，即狀態1和0。所有計算機的基礎運算都是運用數字1和0來進行的。[1]數字邏輯電路就是處理1和0兩種狀態的理論課程，其將1和0進行不同規則的組合與編碼，構成了數制與碼制。數制與碼制是數字邏輯電路的研究基礎，由此引導學生要注重基礎內容，牢牢掌握基礎內容，“萬丈高樓平地起，盤龍臥虎高山齊。”不切實際與好高騖遠是不可行的。同時，讓學生領悟到創新來源于生活，創新來源于靈感，創新是無處不在的，留心觀察身邊的事物，都會有新的發現。

2.數字邏輯基礎

2019年底，新型冠狀病毒開始在密集人群中快速傳播，由于該病毒傳播快，潛伏期長，不斷進化變種，使得該病毒引起的疫情在全球各地傳播并一直延續至今。這其間就存在一對非邏輯關系，可以應用數字邏輯基礎中的邏輯運算來理解，具體思路為：輸入量：“病毒感染者”，輸出量：人體健康碼“健康綠碼”，基于輸入—輸出關系可以利用函數“邏輯非”構造，由此生動形象地理解“邏輯非”的內涵。同時，呼吁學生打疫苗，出門做好防護，不去中高風險地區，積極支持與響應政府和學校的疫情防護政策與措施。[2]

在數字邏輯基礎中，包含了“與、或、非、異或、同或”的邏輯基本關系、滿足“結合律、分配律、交換律、德摩根定律”的邏輯基本運算和不同邏輯函數化簡方法——公式化簡法和卡諾圖化簡法。在不同的公式運算和化簡方法下，邏輯結果是不同的，進而邏輯電路也是不同的。由此引導學生不拘泥于一窗世界，不留念于一處風景，條條大路通羅馬，遇事應多思考、多想辦法解決問題，在事物之間聯系的多樣性中融合科學思維，激發和提高創新意識。

3.門電路

電子產品的組成離不開集成電子電路，集成電子電路是由幾十個甚至成百上千個元器件構成的。古人云：“九層之臺，始于壘土！”在集成電子電路中，當有一個元器件發生損壞或者不能工作時，對于整個集成電子電路而言，就會存在狀態不穩定甚至崩盤的危險。在門電路中，以數字邏輯電路芯片的基本組成元器件——二極管、三極管、CMOS管的特性和工作原理為主要內容，來理解常用芯片的內部工作過程。由此引導學生認識到，小事的發展演變才會促成大事的形成，事物的發展規律需要謹小慎微和慎終如始；科學基礎研究對技術應用具有重大意義，技術的發展都是經歷量變到質變的過程，鼓勵學生積極投入到科學研究中，為祖國電子技術的發展添磚加瓦。天下興亡，匹夫有責，每個人的貢獻促使社會發展與進步，每個人的命運與國家的命運息息相關，學生需要具有使命感和擔當感，正如“中國鐵路之父”詹天佑曾告誡人們：要傾盡所學，傾盡所能，才會使國家富強，不受外侮。

4.組合邏輯電路

1868年，英國的交通事故率突然降低，其原因就是英國機械工程師納伊特的一項發明，使得英國的交通秩序變得井然有序，他的發明就是紅綠燈。紅綠燈的出現改變了人類的通行方式，現代社會中如果沒有交通紅綠燈，外出通行是混亂的，交通事故會頻繁發生，到處充滿著危險。紅綠燈技術發展經歷了手持長桿牽動皮帶轉換煤氣紅綠燈、人工方式集中控制紅綠燈、電子線路控制紅綠燈幾個階段。現階段，利用數字邏輯電路中的組合邏輯電路就能輕松實現紅綠燈的控制。

結合實際應用背景，建立邏輯分析，利用組合邏輯電路中的基本芯片——編碼器、譯碼器、數據選擇器、加法器和數值比較器，可以進行完整的邏輯電路設計。在進行邏輯設計的過程中，可以使用一種或多種芯片實現相應的邏輯功能。由此強調個體與整體、局部與整體的關系，引導學生正確看待問題，加強全局意識。在充分發揮個人力量和提高個人創造力的同時，深刻領悟到凝心聚力的重要性，即錦繡山河，萬民盡是主人。

5.觸發器

2018年至2020年期間，美國政府給美國企業連續發布兩項公告：禁止美國企業給中國中興通訊提供產品；停止美國企業向中國華為公司供應芯片，同時將此要求施加到全球使用美國技術和設備的公司。作為中國兩大重要的通訊運營商，芯片的重要性不言而喻。正如數字邏輯電路中的觸發器，是進行中小規模數字邏輯電路設計時不可缺少的一部分。

觸發器是分析研究時序邏輯電路的基礎，不同類型觸發器具有不同的工作特性和邏輯功能，根據觸發器的類型可以實現不同的時序電路設計。[3]由此引導學生科技強國，從我做起，要想與時俱進，不落人后，就要持續不斷地改革與創新，激發學生對專業知識和科學技術的向往之情；同時培養學生具有實事求是的科學精神、兢兢業業的科研作風、一絲不茍的學術態度，在學習與研究的過程中容不得粗心大意，勸誡學生在生活中做人做事遵循“不以善小而不為，不以惡小而為之”。

6.時序邏輯電路

籃球倒計時器、娃娃機倒計時器、多人搶答器、流水燈控制器等都可以利用數字邏輯電路包含的理論知識進行電路設計與實現。電路設計需要移位寄存器、時序邏輯電路等相關內容，[4]其中時序邏輯電路主要內容為時序電路分析與設計、計數器原理與應用。由此引導學生正視理論知識與實際應用的緊密性，做到知以致行和踐行踐知。[5]同時從辯證唯物主義角度出發，讓學生深刻認識與領悟學習的過程，正確看待自然規律，掌握歷史進程，結合自然規律合理的發展，借鑒歷史進程合理的改造；在構造復雜數字系統時，秉持循序漸進的理念，時刻保持嚴謹的科學態度，注重團隊建設與團隊協作。

7.脈沖波形的產生與整形電路

智能門鈴控制器、警車警笛控制器、火災報警器是生活中常見的控制裝置，通過脈沖波形產生與整形電路可以實現這類控制裝置的設計。脈沖波形產生與整形電路在數字邏輯電路設計中是不可缺少的一部分，它以555定時器作為基礎，通過設計不同的電路可以實現單穩態觸發器、施密特觸發器和多諧振蕩器。在脈沖波形產生與波形調整的過程中，引導學生明辨是非，能合理地清除不正確的干擾因素。在學習文學知識或先進思想的過程中，吸取其精華，剔除其糟粕。

三、結語

“數字邏輯電路”是工科專業眾多課程中的一門專業基礎課程，是數字電路分析與設計的基礎，具有廣泛的應用背景。該課程集理論性、實踐性與創新性于一體，充分挖掘與分析理論知識中的思想政治元素，采用“如沐春風”的教學方式傳播理論知識，采用“潤物無聲”的方式播散德育種子，讓立德樹人的思想牢牢扎根于學生的心中，是為國家建設與發展源源不斷輸送高端人才的有效渠道。