数字电路课程的教学改革与研究
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作者: 徐锦丽 葛雯
摘要：针对目前数字电路教学中存在的诸多问题，本文结合多年来数字电路课程的教学与实践，从教学内容、教学手段及考核方式等方面进行探讨，提出了数字电路课程的教学改革思路。
关键词：数字电路；教学内容；教学手段；考核方式
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0084-02
数字电路是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，学生通过对该课程的学习，应能正确掌握数字电路的基本理论和设计方法，并具备一定的实践应用能力。数字电路课程内容较丰富，但学时却在不断减少，使得学生在课堂上没有过多的时间去理解所学知识，难以跟上教师的节奏，导致他们失去了学习的兴趣。而且，随着电子技术的迅猛发展和电子行业对人才的需求，高校数字电路课程传统的教学内容和模式已远远不能满足社会的需要，因此，有必要在教学内容、教学方法和考核方式等方面做些改革和研究，探索以培养学生创新意识和创新能力为目标的教学新理念、新模式和新手段，以获得更好的教学效果。
一、课程教学内容的改革
数字电路课程理论体系非常丰富，内容较多，在教学中存在的问题主要有两方面。问题一是部分教师过分强调理论教学，对集成芯片的内部原理分析过于烦琐，以至于忽视了芯片的外部应用和数字电路设计中不断出现的新技术，导致学生疲于芯片电路原理的学习，疲于应付考试，而缺少时效性，不能将所学知识与实际应用相结合，毕业后不能适应企业的发展需求。问题二是部分教师教学体系安排不合理，过分强调开发工具的使用，而忽视基础理论的教学，这样使得学生对开发工具的应用操作能力较强，但不具备完整的知识体系，一旦遇到问题不能举一反三。因此，在实际教学中应体现课程的基础性、系统性和先进性，能够与时俱进，在教学内容的安排上，既要重视基础知识，又要紧跟时代的发展介绍开发工具的应用。在基础理论教学上，应该以集成电路为主线，对逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路和脉冲电路六大模块加以介绍，以小规模集成电路为基础，引入中、大、超大规模集成电路，逐步学习各类集成电路的芯片，教学中要着重强调各类电路的逻辑功能及应用。另外，要将基础理论与EDA技术相结合，使学生熟练掌握VHDL语言，熟练使用Quartus II软件，能够应用EDA技术设计数字电路，以培养学生的创新能力。
二、采用启发式教学
在传统的课堂教学中，往往都是课堂上教师讲授，课后学生做练习，课堂教学的信息量较大，学生难以接受，因此如何调动学生的学习积极性至关重要。而启发式教学，就是以教师为主导，在教学中不断引入实例，增强课堂上与学生的互动性，充分调动学生的主动性和创造性，引导学生能够举一反三，培养学生的自学能力和创新能力。
三、采用对比法介绍相关内容
在数字电路中，很多知识模块是相关的。例如，在介绍时序电路的设计时，可与组合电路的设计做对比。时序电路是在组合电路的基础上增加了记忆元件-触发器，因此两者的设计在步骤上是相近的。首先定义输入、输出变量是共同点，不同之处在于时序电路还需要定义不同的逻辑状态；其次要列写关于输出与输入变量的真值表，而时序电路还要表示出输出与输入变量、次态与初态之间的关系，因此对应的表称为状态转换表；然后需要写出关于输出与输入变量的逻辑函数式并化简，而时序电路要通过卡诺图化简写出状态方程、输出方程及驱动方程；最后都要画出逻辑电路图，但时序电路还要验证能否能自启动。
四、借助于网络，优化教学手段
目前，数字电路的课堂教学多采用课件，这样能够大大减轻教师板书的工作量，增加信息量，但是部分教师过分依赖于课件，不再写板书，这样虽然教学速度变快，但是学生难以与教师保持同步，很难做到互动，无法提高教学质量。因此，在课堂教学中应以“翻转课堂”为核心，以学校的网络教学平台为依托，建设数字电路课程教学资源，包括课程介绍、教学大纲、教学课件、试题库、在线测试[1]、录制教学微视频等内容，完善课程教学资源网站，使得学生在课堂教学的基础上能够借助于网络和多媒体技术完成课程基础知识的学习。在课堂教学中，教师可以针对不同的内容采用不同的教学方式。对知识性较强的章节可采用课件教学，如用卡诺图化简逻辑函数；对内容浅显的章节可以通过老师的指导，及与同学之间的交流，协助其完成知识的内化，如门电路内容；对于一些难点，可采用板书与课件相结合的方式，如异步时序电路的分析与设计、脉冲电路的分析与设计。
五、加强与完善实践环节
数字电路作为一门电子技术课程，具有很强的实践性，必须有相应的实践环节配合，进而加深学生对理论知识的理解，并能具体应用到实际生活中。因此，实践教学是数字电路教学中必不可少的一个重要环节。在实验课教学中，实验电路题目的设置要与课堂理论知识相对应，实验课进度要配合理论课的教学，让学生做实验时能够有的放矢。首先以验证性实验为基础，让学生熟悉实验仪器的操作，加深对数字电路集成芯片的认识，掌握如何解决实际问题；然后侧重于综合设计性实验，包括用译码器及数据选择器设计任意形式的组合电路，用触发器设计同步及异步时序电路，用集成计数器芯片设计电子秒表，基于译码器和计数器设计八路彩灯控制器，基于A/D和D/A转换器设计简易的数据采集系统等。另外，学生可以选做部分实验，在开学初就发给学生每人一块面包板和一套实验用元器件，让他们可以在课后根据教学进度完成实验电路的设计、调试等工作。还有部分实验，学生需要在EDA实验箱上完成，这样大大增加了学生的兴趣，提高了学生学习的自主性。在课程设计环节，设置每人一题，在期中就安排课设题目。因为实验课教学往往是针对某一个或几个知识点，具有局限性，恰巧课程设计环节可以弥补这个不足。课程设计题目的选择应具有一定的应用背景，与实际生活紧密联系，例如设计电风扇控制电路、酒店客房控制电路、彩灯控制电路、音量控制电路、全自动洗衣机控制电路等。在课堂教学中不断启发学生如何设计相应电路，用仿真软件Multisim设计、调试电路，最终在面包板上实现电路的功能。在整个课设过程中，学生的兴趣在不断提升，同时也培养了学生在“工程”设计、制作和组织管理等方面的创新能力[2]。 六、改革考核方式，重视能力的培养
目前，数字电路课程的考核方式还局限于传统的应试教育模式，只是以期末考试成绩作为评定学生的依据，导致教师仅为了提高及格率安排教学，而不注重学生创新能力的培养；反过来，学生仅为了考试及格而学，而不注重自身能力的提高。这种考核方式严重背离了高等学校教学的目标，因此在实际考核时既要重视知识的考核又要重视能力的培养[3]，其中以期末试卷形式的知识考核着重考查学生对基础知识和电路原理及应用的掌握程度，期末试卷的成绩占总成绩的60%―70%，其他部分则是对能力的考核。能力考核包括日常小测验及综合能力的测试，例如在实践环节的教学中，首先在课堂上提出综合设计性实验和课程设计的题目，学生在课间可以自由组合，提出电路设计的思路，再由教师引导学生思考各方案的利弊及改进方法，给出综合能力测试的成绩，最后以实际教学证明这种方法能够大大调动学生的积极性，促使学生踊跃发言，开阔思路，提升能力。
七、与留学生交流，互通有无
数字电路课程的教学对象除了国内学生，还包括来自多个国家的留学生，这些留学生性格迥异，学习能力也不同。在课堂教学中应采用自愿的原则，国内学生及留学生可以到对方课堂上学习、交流。由于学校国内学生和留学生教学进度不一样，而且国内学生基础知识要扎实一些，因此教师可以安排部分优秀的国内学生作为助教，到留学生课堂听课、指导实验和课程设计。实践证明这种交互的教学方式非常有效，学生进一步掌握了数字电路课程的基本理论和应用，提高了英语水平，促进了不同国家间学生的文化交流。通过近几年的教学改革与实践，不断完善多种教学手段，改革教学内容和考核方式，使得课堂教学质量得到提高，学生的学习兴趣得到提升。在今后的教学中，还要与时俱进，紧随数字电路发展的潮流，紧跟科技发展的前沿，不断改革教学方法与手段，培养高素质的应用型创新人才。
参考文献：
[1]王维，许青林，韩改宁.计算机科学与技术专业数字电路教学改革研究[J].福建电脑，2012，（09）：33-34.
[2]严国红，赵文来，张水英.基于Multisim和FPGA的数字电路实验教学改革与研究[J].中国校外教育（中旬刊），2013，（z1）：227.
[3]王帅.数字电路设计课程教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（19）：270-271.
Teaching Reform and Research of Digital Circuit Course
XU Jin-li，GE Wen
（Institute of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，
Shenyang，Liaoning 110136，China）
Abstract：Aiming at the problems existing in the teaching of digital circuits，combined with teaching and practice of digital circuit course for years，the teaching content，teaching methods and assessment methods are discussed. The thinking of teaching reform of digital circuits course is puts forward.
Key words：digital circuits；teaching content；teaching methods；assessment methods
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