基于CDIO理念下的数字电路与逻辑设计教学改革研究

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　　摘;要：以CDIO理念为基础，在数电电路与设计中采用实验箱进课堂，把理论和实验结合起来一起上课，加深理解所学内容。
　　关键词：数字电路;实验箱;JK触发器
　　CDIO是由CDIO工程教育国际合作组织于2004年创立的工程教育模式，CDIO即构思（Con-ceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。构思是指确定产品需求、技术和开发理念;设计是指创建系统实施的方法和算法;实现是指完成从设计到产品的转变过程;运作则是指系统的维护、改造等。CDIO将工程师的产品创新过程 作为教育的背景环境，一体化统筹制定专业教学要求和课程体系，采用基于项目、案例的教学方法，协调学生的理论知识、工程实践能力和人际交往能力间的平衡，将工程教育置于一个基于经验学习的连续的过程之中，较好地解决工程教育中理论知识与实践能力之间的平衡问题，其模式符合创新型社会对人才培养的要求，是培养创新型工程人才的有效途径和较好选择。
　　一、当前数电课程形式
　　数字电路是计算机科学与技术专业和智能科学与技术专业的核心专业课，是一门实践性很强的一门课程，主要包括基本逻辑电路的原理及功能、组合逻辑电路的分析与设计，触发器的分类及功能、时序逻辑电路的分析与设计等，通过本课程的学习使学生掌握数字逻辑和数字系统的基础知识、基本分析方法和设计方法，培养使用标准逻辑器件的能力，初步了解可编程器件的基础知识，为深入学习后续课程和从事数字技术实际工作打下良好的基础。
　　近几年来在各类专业的课程体系中又增加了很多工程实践类科目，主要是为了培养学生理论联系实际和创新精神，提高学生的动手和使用数字逻辑的能力，增强学生的实践经验。但是随着培养方案的变化，总学时在压缩，那么我们如何利用比较少的课时将所有知识点的精髓传授给学生，让学生真正地学到实用的知识，达到学以致用将是我们教学改革的关键。
　　二、改革措施
　　本次改革主要是在课堂中把理论课程和实验课程结合起来一起讲解，实验平台采用综合的实验箱，每次讲解完一个知识点就让学生用实验箱来练习，加深理解和记忆。先做一些验证性的实验，然后在这个实验的基础上加深难度，让学生自己设计并运用所学的知识点来设计新的实验。层层递进，除了简单的基础验证性实验，还有难度适中的拓展提高实验和难度较大的综合性实验。
　　以触发器知识点为例，首先把理论知识讲解透彻，K触发器是数字电路触发器中的一种基本电路单元，JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全，在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器，由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。
　　然后先做一个验证性的实验，实验目的是让学生掌握JK触发器特性，理解JK触发器的设计过程和工作原理。JK触发器和触发器中最基本的RS触发器结构相似，其区别在于，RS触发器不允许R与S同时为1，而JK触发器允许J与K同时为1。当J与K同时变为1的同时，输出的值状态会反转。也就是说，原来是0的话，变成1;原来是1的话，变成0。 对应关系如表1：
　　实验台是开放的，同学们要想验证JK触发器的特性，先得组建自己设计的电路图，那么就需要了解实验台上74LS76的引脚定义和JK触发器原理。74LS76芯片在计数器实验板上设计出电路图，然后按照自己设计的电路图连接电路，记录实验结果验证设计的电路是否满足JK触发器的逻辑功能。这样子既可以联系讲过的知识点，又可以锻炼自己设计应用电路的能力。
　　三、改革效果
　　本次数电 CDIO教改实践让同学们树立了正确的学习目的，培养扎实、认真的科学态度，掌握了数字电子技术领域中基本理论、基本知识和基本分析方法，了解了数字电路领域中的新理论、新技术、新知识，也培养了学生理论联系实际和创新精神，提高了学生的动手和使用数字邏辑的能力，增强了学生的实践经验。
　　参考文献
　　[1]厉威成.CDIO模式的教育理念及其实践研究[D].成都：四川师范大学，2012.
　　[2]阎石.数字电子技术基础（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016.
　　[3]郭棉，李继凯.以网络为辅的“数字电子技术”课程教学改革探索[J].中国电力教育，2013.
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