计算机专业“数字电子技术”教学改革探讨

来源:用户上传      作者: 郭玉峰

　　摘要：“数字电子技术”是计算机专业重要的专业基础课。文章针对计算机专业课程体系的特点，结合教学实践，从教学内容、教学方法以及实验教学等方面对“数字电子技术”课程教学改革进行探讨，提高教学效果。
　　关键词：数字电子技术；教学内容；教学方法
　　作者简介：郭玉峰（1975-），女，河南洛阳人，河南农业大学信息与管理科学学院，讲师。（河南 郑州 450002）
　　中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1007-0079（2011）36-0180-02
　　
　　“数字电子技术”是工科电子类、计算机等专业的一门重要的专业技术基础课程，是学习单片机、计算机组成原理、微机原理、自动化技术等课程的基础。本课程是一门理论性、实践性和应用性都比较强的课程。课程的任务是使学生获得数字电子技术方面的基础知识、基本理论和基本技能，为深入学习数字电子技术及其在专业中的应用打下基础。[1]“数字电子技术”课程的特点是教学内容多，涉及面广，更新速度快，具有很强的工程性。另外，笔者所在河南农业大学（以下简称“我校”）计算机和软件专业的学生电子技术基础比较薄弱，大多没有工程实践的经验，很多学生从来没有见过电路板，不知道电子元器件是什么样，无法将书本知识与实际的电路联系起来。学生对课程的学习很吃力，有畏难情绪，另外很多学生对课程的定位也很茫然，不明白“这门课有什么用，它对我学习计算机专业有什么帮助”，往往学习效果不是很好。
　　本文以我校计算机专业的具体情况为例，探讨了如何在教学实践中对“数字电子技术”教学内容、教学方法和实验方法进行探索和改革。通过调整教学内容、改进教学方法，加强学生的动手能力，提高教学效果和教学水平，收到了比较好的效果。
　　一、教学内容整合
　　“数字电子技术”课程以逻辑函数及逻辑门为基础，主要介绍各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能、分析方法及设计方法。目前在教学内容的设置上主要有以下问题。首先，课程教学内容繁多，知识层次过于深入，学生负担重，学习吃力，有必要对部分教学内容进行删减或弱化。另外，数字电子技术迅猛发展，电子器件不断更新换代，新技术不断涌现，而教材和教学大纲的知识结构还比较陈旧，无法适应现在迅猛发展的数字电子技术。需要在现有的课程内容基础上，加入体现新技术、新知识的内容。最后，计算机专业自身课程体系的建设过程中，由于计算机技术的迅猛发展，计算机专业教学计划中不断加入体现新技术的新课程，导致课时紧张。在学时数有限的形式下，笔者所在学院删除了“模拟电子技术”课程，因此“数字电子技术”的教学内容中需要添加相关的模电知识。
　　基于以上原因，我们从以下几方面考虑更改“数字电子技术”课程内容的设置：
　　一是增加模拟电子技术相关知识。遵循“适量够用”的原则，增加常用半导体器件，集成运算放大电路，RC正弦波震荡电路等方面的知识。半导体器件主要介绍二极管、三极管和场效应管的工作原理和开关特性；集成运算放大电路主要介绍集成运放的外部特性和应用；RC正弦波震荡电路主要分析电路原理。
　　二是充分考虑计算机专业的学科特点，适当减少原理性知识的内容以及繁琐的模拟电路分析的知识，强调对器件功能的熟悉和应用，补充与计算机专业后续课程相关的知识点，打好基础。比如门电路的章节涉及到较多的模拟电路的分析，我们只分析门电路的工作原理，对其输入输出特性只作简单介绍，动态特性删去不讲。由于目前CMOS门电路的应用更为广泛，CMOS门电路放在TTL门电路之前进行讲授，重点学习CMOS门电路，对TTL门电路的讲解简化，只介绍非门电路。在组合逻辑电路中，加入利用加法器求反码补码电路设计的内容，帮助学生理解在电路中如何实现求反码补码的运算。另外，在后续课程中要用到的一些知识点，比如“计算机组成原理”课程的控制器内容中有关节拍脉冲的概念，往往成为学生理解控制器工作原理的绊脚石。为此，在“数字电子技术”课程中，将有关顺序脉冲发生器的章节作为重点进行讲解。
　　三是数字电子技术发展飞速，在课程内容上要将其体现出来，补充新知识，介绍学科中的新技术、新器件。在教学内容中加入对大规模集成电路可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的介绍，引入MAX+Plus I仿真软件和VHDL硬件语言设计的教学内容。
　　二、教学方法改进
　　1.上好第一节课，明确课程的作用
　　充分认识第一节课的重要性，科学合理安排第一节课的授课内容和授课方法，让学生了解课程在学科中的地位，了解课程与计算机专业的关系，激起学生学习本课程的兴趣。除了对课程进行总体介绍（比如课程地位、内容、考试方法等等）外，我们通过几个学生非常熟悉的计算机问题，来说明数字电子技术在计算机学科中的硬件基础作用。比如：为什么计算机要采用二进制，而不用十进制或者其他进制？为什么计算机中的运算采用补码运算？寄存器究竟是由什么构成的，它是如何存储信息的？0和1在计算机中是以什么样的形式存在的？一系列问题的提出和解答，既解释了数字电子技术和计算机学科的关系，也激起了学生的好奇心和学习兴趣。
　　2.简化教学内容，降低学习难度
　　“数字电子技术”课程的内容中存在大量繁琐的模拟电路分析和电气特性分析，还有大量繁杂的集成电路结构图。对这些内容的讲解非常枯燥无味，学生也不容易理解，容易造成厌学情绪，为此在授课过程中弱化工作原理和电气特性的讲解，对大型集成电路的电路结构不再详细分析，使学生主要学习集成电路的功能和应用。比如时序逻辑电路中的计数器是很重要的一部分内容，仅对比较简单的计数器结构进行分析，但是对于74LS161、74LS191这样一些集成电路的电路结构不再详细分析电路结构，主要介绍几个控制引脚，使学生掌握外部引脚的功能和器件的应用即可。
　　教学内容的简化节省了授课时间，可以有更多时间讲授重点内容，进一步帮助学生理解教学内容。学生能听懂，愿意学，提高了教学效果。
　　3.突出学生的主体地位，发挥教师的引导作用
　　“数字电子技术”是一门实践性和应用性很强的课程，如果只是老师在课堂一味讲授，学生在对实际电路没有直观认识的条件下，是无法真正接受和理解所学知识的。我们在教学过程中，充分发挥学生的主导作用，教师以引导为主。
　　积极了解学生的学习动态，根据学生的学习情况，适当调整教学方案，做到有的放矢、因材施教。引导学生的学习，指导学生课前预习，课后复习，掌握学习方法，确定学习目标。在课堂教学中，采用多种教学方式，比如启发式的教学方法和案例式的教学方式，激发学生的学习兴趣，引导学生主动学，主动进行思考，而不是被动的接受。鼓励学生申报大学生创新项目，在实践的过程中来学习，起到事半功倍的作用。
　　4.采用多媒体教学
　　多媒体教学具有信息量大、内容生动、形象逼真的特点。多媒体课件利用图片、声音、动画、图像、仿真等方式，将抽象的知识变得生动具体。“数字电子技术”课程内容繁杂，公式多、电路多，画图和电路分析工作很庞大，多媒体教学方式节省了在黑板上画图的时间，方便了对电路工作原理的分析。例如在介绍结构较复杂的主从触发器的电路结构和动作特点时，利用多媒体课件的动画方式，从基本RS触发器，到同步RS触发器，再到主从RS触发器，一步步打开画面，从简单到复杂，如何在基本RS触发器的基础上改进得到主从RS触发器，学生一目了然，非常直观。多媒体教学方式的使用大大提高了“数字电子技术”课程的教学效率和教学效果。

　　当然，多媒体教学只是教学过程的手段之一，对于多媒体课件无法体现的原理分析和细节问题，还是需要通过板书的方式加以说明。多媒体教学方式要与传统的板书教学相辅相成，才能达到最好的教学效果。
　　三、实验教学改革
　　实验是“数字电子技术”课程理论教学的深化和补充，是学好课程的重要环节。实验教学帮助学生巩固和加深数字电子技术理论知识，进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新能力。通过实践教学可建立学生的工程设计思想，使学生从习惯性的数学思维方式转变为电学思维方式。
　　为了培养学生的动手能力和主动思考学习的能力，我们将实验内容分三个层次：基础性实验、综合性实验、设计性实验。前两个层次的实验属于验证性实验，如果让学生按照实验指导书进行电路搭建，然后观察实验结果进行验证，则学生不需要进行思考就可完成实验任务。但是，这样显然没有达到开设实验的目的。对于这两个层次的实验，我们在实验课之前给出实验任务和实验所用集成芯片的型号，由学生自行查找芯片资料和设计电路，拟定实验方法和步骤，再在实验中进行验证。第三个层次的实验给出若干题目，由学生自选题目，自选器件，独立设计电路并付诸实现。这个层次的实验采用两种方式，第一种方式是在实验室利用硬件电路进行实验，第二种方式是采用EDA技术手段，使学生学会计算机辅助设计和电子设计自动化的方法。
　　经过以上多层次、多方式的实验设置，激发了学生自主学习的积极性，使他们学会了根据需要选学参考书，查阅手册，提高了自己独立分析问题、解决问题的能力。
　　四、考核方式改革
　　由于“数字电子技术”课程是理论性和应用性并重的课程，我们在考核内容中加入了对实验的考核。考核方式包括平时成绩、实验成绩和期末卷面考试成绩三个方面。平时成绩根据出勤情况、作业情况等来给分，占总成绩的10%；实验成绩根据课程实验完成的情况和实验报告完成情况来给分，占总成绩的20%；期末考试成绩占总成绩的70%。
　　五、结束语
　　通过对“数字电子技术”课程教学的改革，扩展了教学内容、降低了学习难度，加强学生的动手能力，介绍最新的电子技术和电子产品，激发了学生的学习积极性，提高了学习效果。数字电子技术在现实生活中的应用日益广泛，数字电子技术迅猛发展，新器件、新技术不断涌现，这些给我们的教学工作带来了新的挑战。该课程的教学仍然会有新的问题出现，我们还要继续在教学实践中进行改革和探索。
　　
　　参考文献：
　　[1]阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
　　[2]李晓敏,付广春.数字电子技术课程教学改革探索[J].高等函授学报(自然科学版),2011,24(3):60-61.
　　[3]邓保青,李忠金.计算机科学与技术专业电子基础课程改革新探索[J].中国电力教育,2011,(16):98-99.
　　（责任编辑：刘辉）

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