《数字电子技术》课程内容和教学方法的探究与改革

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　　摘要：针对《数字电子技术》课程的教学内容与方法进行探究，从理论与实验课程两方面对教学内容进行选取与整合，根据“以需求为出发点、以兴趣为切入点、以互联网为着力点、以考核为关键点”的改革理念对教学方式进行调整。
　　关键词：《数字电子技术》；教学内容；教学方法；改革
　　中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）34-0105-03
　　一、引言
　　《数字电子技术》是工科电子信息类专业重要的专业基础课程之一[1，2]，该课程作为我院（吉林大学电子科学与工程学院）大二下学期所有专业（除理科试验班外）近500人的必修课程，并且该课程与后续的“高频电子线路”、“微机原理”和“单片机原理”等多个专业课程联系紧密，是教学体系中的基础课程，在教学中起到至关重要的作用。随着电子技术的不断发展，为适应社会，顺应时代潮流[3，4]，我院的《数字电子技术》课程将进行教学内容和教学方法上的探究与实践[5]。
　　二、研究意义
　　一方面随着大规模集成电路制造工艺和电子设计自动化技术的迅速发展，数字电子技术方面的知识也迅速更新[6，7]，因此调整数字电子技术的教学内容就成为必然。另一方面，高等学校是培养学生综合素质、能力的主要阵地，恰当的教学方法对学生掌握所学内容、解决实际问题至关重要。“数字电子技术”课程的新一轮探索与实践将在以下两方面起到重要作用。
　　1.以社会对人才的需求为教学目标，培养应用型人才。每年我院本科生500余人，近3/5的学生在完成本科学习之后选择就业，并且大多数学生将就业主战场选定为电子通信行业。随着数字电子技术的飞速发展，行业中对于数字电子技术知识的掌握尤为重视，因此，将以社会对人才的需求作为教学目标，增强课程的实用性与学生的技术应用水平，与时俱进，培养灵活的应用型人才。
　　2.以实验教学为依托，培养创新型人才。对于《数字电子技术》课程来说，在实验课部分教学中，分模块进行，循序渐进，以实际问题为导向，引导学生自上而下地进行一个系统的方案设计和电路实现[8，9]，增强学生的学习兴趣，发挥想象力，创新思维，创新学习方法，培养创新型人才。
　　三、教学内容改革
　　通过我院任课教师几年来的总结发现，要以教材作为授课的依据与基础，以社会对人才的需求作为教学目标，把提升学生的技术应用水平作为教学核心，对《数字电子技术》课程进行教学内容上的改革。
　　1.理论部分课程内容的改革。在理论知识授课过程中，我院采用高等教育出版社出版由清华大学电子学教研组闫石主编的《数字电子技术基础》（第五版）进行课堂授课。教材前三章为数字电子技术的基础内容，从第四章开始涉及组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、硬件描述语言简介、脉冲波形的产生与整形以及数—模和模—数转换等内容。
　　近年来，通过我院多名教师对教材的分析总结，结合当今数字電子技术发展趋势，以必须、够用为尺度[10]，对教学内容进行了合理的选取与整合，整理得出理论部分授课内容的最新安排：第一章：数制和码制，重点内容为1.3节不同数制间的转换；第二章：逻辑代数基础，重点内容为2.2节逻辑代数的基本公式和常用公式、2.5节逻辑函数及其表达方式及2.6节逻辑函数的简化方法；第三章：门电路，重点内容为3.3节CMOS门电路和3.5节TTL门电路；第四章：逻辑组合电路，重点内容为4.2节TTL门电路、4.3节若干常用的组合逻辑电路以及4.4节组合逻辑电路中的竞争—冒险现象；第五章：触发器，重点内容为5.2节SR锁存器、5.3—5.5节电平/脉冲/边沿触发的触发器以及5.6节触发器的逻辑功能及其描述方法；第六章：时序逻辑电路，重点内容为6.2节时序逻辑电路的分析方法、6.3节若干常用的时序逻辑电路以及6.4节时序逻辑电路的设计方法；第七章：脉冲波形的产生及整形，重点内容为10.5节555定时器及其应用；第八章：数—模和模—数转换，重点内容为11.2节D/A转换器和11.3节A/D转换器。
　　2.实验部分课程内容的改革。《数字电子技术》作为一门基础课程，需要学生动手操作来巩固并掌握所学知识，将理论学习与实际操作紧密结合，进一步达到与实际应用相接轨的目的。我院在理论学习的基础上，自行编撰实验教材，并于理论课程结束后展开实验课程教学。目前，经过多位教师的讨论与修改，实验课程授课内容如下：实验一：TTL各种门电路功能检测，主要包括：（1）与非门逻辑功能测试；（2）或非门逻辑功能测试；（3）与或非门逻辑功能测试；（4）异或门逻辑功能测试；（5）利用74LS00二输入与非门实现“与电路”、“或电路”、“或非电路”、“异或电路”。实验二：组合逻辑电路分析，主要包括：（1）分析验证半加器的逻辑功能；（2）分析验证全加器的逻辑功能；（3）分析验证半减器的逻辑功能；（4）分析验证全减器的逻辑功能；（5）分析四位奇偶校验器的逻辑功能；（6）分析四元码/反码转换器的逻辑功能。实验三：变量（三—八）译码器实验，主要包括：（1）译码器逻辑功能测试；（2）利用译码器构成全加器；（3）利用74LS138和74LS20设计一个多输出函数。实验四：触发器，主要包括：（1）以74LS238为例，了解全加器及其应用；（2）以74LS153为例，了解数据选择器及其应用。实验五：计数器，主要包括：（1）74LS74D触发器逻辑功能测试；（2）74LS112 JK触发器逻辑功能测试；（3）74LS112 JK触发器和74LS00与非门构成D触发器。
　　四、教学方法的改革
　　在我院多年的《数字电子技术》课程教学实践中，贯彻了“以需求为出发点、以兴趣为切入点、以互联网为着力点、以考核为关键点”的教学改革理念，将课堂教学与实验教学相融合，在此基础上采用以下几种方式对教学方法进行改革。 　　1.以需求为出发点，增加开放性实验教学。在教学方法上，为适应社会对人才的需求，着重培养创新型、综合型人才。在实验教学过程中，加入拓展思维的设计性、综合性的开放性实验，布置实用性问题，推动学生自己思考设计，并动手操作来达到实验目的[11]。例如：在变量（三—八）译码器实验中，可以让同学们利用译码器实现表决器，规定三人投票表决，A有一票否决权，并且在A同意时，B、C至少有一位投赞成票时才能通过，要求设计电路并实现上述功能。通过这种简单基础的设计性、综合性实验，使同学们在完成实验的过程中，对所学知识加以巩固，加深对知识的理解，同时将所学应用于实际的生活生产之中，提高学生的实际操作能力[12]，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，为今后步入社会、顺应社会发展打下坚实基础。
　　2.以兴趣为切入点，鼓励学习小组参赛。当下，高校学生参与“全国大学生电子设计大赛”、“挑战杯”等专业知识竞赛越来越常态化，而数字电子技术作为参赛者所必须掌握的基础课程[13]，在教学方式上，体现为以兴趣作为切入点，鼓励学生多学、多练。一方面，课堂上成立普通学习小组进行学习，针对实验共同讨论，共同研究，以强带弱，以弱促强，形成一种自主互助的学习模式，保证90%以上的学生掌握该课程的基本知识；另一方面，鼓励学生形成竞赛学习小组，从兴趣出发，有针对性地学习，达到强强联合的目的，并鼓励学生参赛，教师进行知识点的深入剖析，重点讲解，充分为参赛小组提供保障，使我院学生真正做到竞赛常态化，培养出一批优秀的专业性人才。目前我院学生已获得“全国大学生电子设计大赛”国家级一等奖。
　　3.以互联网为着力点，建立专用课程网站。随着社会的不断发展，互联网等多媒体形式在教学中的应用越来越广泛。目前，在我院《数字电子技术》的教学当中，已采用板书与PPT相结合的形式，使得更多课程的教授更加直观，易于理解。在此基础上，以互联网为着力点，建立《数字电子技术》专用课程网站，形成立体化的网络教室，设立包括课程概况、理论教学、实验实践、在线作业提交、成绩公示、Q&A（常见问题问答）、教学资料和互动等栏目模块，利用主流媒体视频技术，把理论教学和实践教学内容制作成视频，放在课程中心网站，供学生反复学习，形成与学生长期的有效互动，利用科技手段达到现代与传统教学模式的结合。
　　4.以考核为关键点，进行考核制度改革。建立一套以基本知识和应用能力为主的课程考核方法，既能考核学生对基础知识的掌握情况，又能对知识的应用能力进行检测。目前我院对《数字电子技术》理论课程部分采取平时成绩、期中考试和期末考试共同考核的方式，各占总成绩的20%、30%、50%。平时成绩以课堂出勤率和平时作业为主要依据，考核学生的听课和课后巩固等情况；期中考试与期末考试采用闭卷答题形式，考查学生对于知识的掌握。对于实验课程部分，采用平时成绩与期末考试成绩相结合的考核方式，平时成绩以实验报告为主，期末成绩以试卷分数為主，各占总成绩的60%和40%。考核制度方面，我院在原有考核形式基础上，在实验考核中加入开放性设计操作实验，考试时随机抽取题目进行现场操作，增强学生对知识的实际应用能力，激发他们的创造性和开放性，引导学生以实践技能、综合分析为主，真正理解所学的知识，使学生既巩固理论知识又训练动手能力。
　　五、结语
　　《数字电子技术》课程内容与教学方法的改革在我院实际教学中成效显著，一方面探索出适合于不同层次、不同理论基础的学生的教学方法，保证90%以上的学生能够掌握该课程的基本知识，达到课程的基本要求；另一方面完善和更新了《数字电子技术》的理论教学内容和实践教学内容，使得课程内容更加符合实用性的基本需求，顺应当下社会电子技术的发展，为社会输送了更多的创新型、综合型人才。
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