浅谈《数字电子技术》教学内容、教学方法和实验改革

2022-09-11

数字电子技术是电气、电子信息类、仪器仪表类等专业的一门非常重要的专业基础课, 具有自身的体系和很强的实践性, 其应用领域极其广泛, 在宽口径、厚基础的指导思想下, 该课程的教学愈显重要。学生学好这门课, 对于深入学习电子技术的新知识、应用电子技术、适应未来工作等都具有十分重要的意义。

一门技术总是在不断发展的, 数字电子技术的内容随着新理论、新技术的不断出现和迅猛发展而不断地更新, 学习时要用发展的观点对待课程与教材, 做到与时俱进。信息时代正是以数字化为基本特征, 通信、计算机、航天、医学、工业自动化、仪器仪表、消费类电子产品等领域都在应用数字技术, 随着E D A技术、大规模集成电路的高度发展, “十一五”教学发展规划[1]中对以数字电路逻辑设计和应用为主要教学内容的《数字电子技术》课程提出了更高的要求, 以中小规模集成电路为主体的数字电路教学以及实践环节已不能满足现代教学的需要, 实践教学应突出综合性、设计性和创新性, 教学内容、方法和教学手段应多样化和现代化, 才能适应现代教学和人才培养的需求。

为适应科学技术的发展以及21世纪对人才素质的需求, 本文从《数字电子技术》教学内容、教学方法和实验改革等方面浅谈了该课程目前教学中存在的不足, 并提出了几点建议。

1 优化教学内容

目前《数字电子技术》课程面临的形势是:一方面电子信息技术飞速发展, 而数字集成电路在电子信息技术领域应用起来越加广泛, 因此, 本课程在内容的深度和广度上也须作相应的调整, 不断补充新知识, 介绍该学科中的新技术, 以应对电子技术飞速发展、电子器件日新月异的状况;另一方面完整阐述与分析各种不同规模数字集成电路及其在数字系统逻辑设计中的应用, 使学生在掌握逻辑设计基本理论和方法的基础上, 了解数字电路的更新换代, 使数字系统设计方法产生重大变化, 进而了解新的动向, 掌握新的技术, 以适应数字技术快速发展的需要。

针对如此现状, 依据以下两点优化方针[2], 对《数字电子技术》课程[3]内容做了相应的优化整合。

(1) 实现“新、实、厚”:在教学内容中引入新器件、新技术、新工艺和新方法等;尽量采用实际的器件或芯片, 举应用实例, 理论联系实际等;知识面要宽厚, 信息量要足够, 基础理论知识要扎实雄厚。

(2) 实现“三个转变”:由分立元件电路向集成电路转变;由小规模集成电路向中大规模集成电路转变;由固定逻辑功能电路向可编程逻辑功能转变。

本着实用、能用、够用的原则, 教学的着眼点是知识建构, 重点在阐明思维方法, 所以在内容安排上, 应突出基本理论、基本概念和应用, 回避繁琐的内部电路和数学推导。如逻辑门电路这一章节, 只需讲T T L与非门的基本原理、T T L门和C M O S门的应用及使用注意事项;对于分析和设计电路, 重点教会学生分析与设计电路的思维方法;对集成芯片, 重点分析电路的外特性和逻辑功能, 以一些典型集成电路为例介绍如何查阅集成电路手册、资料等, 使学生学会在实际应用中正确选择和使用集成芯片, 并在此基础上培养学生在芯片级的电路设计方面的能力;脉冲的产生与变形中的施密特触发器可适当简讲, 重点讲解石英晶体多谐振荡器和555定时器的原理及应用。通过适当调整, 让学生明确学习主线, 一定程度上化解了学习难度。

2 教学方法

在向学生传授理论知识的同时, 注意培养学生独立思考问题、分析问题的能力, 引导学生把学到的书本知识加以灵活运用。教学中, 除了向学生传授必要的电子技术知识之外, 更重要的是教给他们学习方法, 结合生产实践中的问题, 把课堂讲授、课堂提问、课堂讨论及课后作业、思考题等有机的结合起来, 启发学生大胆探索、勇于创新。

2.1 加强课堂讨论

传统的教学过程仅是教师一人从开始到结束唱独角戏的过程, 是一种灌输式的填压方式, 不利于学生思维和创新能力的挖掘, 教学效果不明显。当讲完每堂课的内容后, 有计划性、有针对性的对重要知识点提出相关的讨论或思考内容, 如讲到555定时器的应用电路时, 在分析完门铃电路的工作原理后, 提出了相应的故障让学生分组讨论;如电铃一直响或是按下按钮后不响分别是什么原因造成的?又如在讲到抢答器时问到:如抢答后出现多个指示灯亮或灯不亮是由哪些器件不正常引起的?由于所提问题在生活中很常见甚至是学生自己以前碰到过的现象, 故学生的热情很高, 讨论相当活跃。在其思维较为成熟后, 每组请出代表上来给大家讲解, 不足之处则由教师按理论体系进行分析、归纳, 使问题得以解决。这样既巩固了所学知识, 又提高了学生分析、解决问题的能力, 对于这样的教学形式学生十分欢迎, 教师也可以从中了解学生的掌握情况。

2.2 将多媒体教学与传统教学手段有机结合

多媒体教学对促进教学改革、提高教学效率和质量起到了极其重要的作用。但教师们在传统教学中积累下来的丰富教学经验、教与学的互动、授课艺术等优点也不容忽视, 将多媒体教学与传统教学手段有机结合, 优势互补, 用其所长, 避其所短, 创造更加活跃的教学课堂, 进一步提高授课效果。由于电子技术这门课有大量的电子线路图, 尤其是介绍集成电路的工作原理时需要花很长时间画图, 使用挂图、幻灯片、多媒体教学等, 改变了原来一只粉笔一堂课的传统教学方法, 既使枯燥的课堂讲授变得丰富多彩, 又提高了学生的学习兴趣, 使教学更直观, 更易于理解, 效率也更高。

2.3“教、学、做”一体化教学

传统的教学过程通常是教师讲学生听和教师示范学生照练的模式, 一体化的教学过程, 每次课不是以教师为主体, 而是以学生为主体, 由教师为学生提供优良的学习环境, 如资料、仪器、工具、器材和问题, 然后指导学生设法解决有关问题, 在解决问题的过程中, 学习新的知识。在一体化课堂上, 把教、学、做三者穿插进行, 不再严格区分“理论课”、“实验课”、“习题课”和“讨论课”, 而是把它们有机的结合起来, 取得了很好的效果。一体化的教学过程, 打破传统的教学程式, 授课不是从定义出发, 而是以实例导入, 这就要求教师在课前进行充分准备。选择实例是关键, 所选择的实例要和授课内容密切相关, 应是学生感兴趣和可以理解接受的, 以激发学生的学习兴趣。

3 实验改革

实验是课程教学中不可缺少的重要环节, 实验教学的组织与实施是否到位, 显得十分关键, 它事关所学知识能否得到巩固和拓展, 事关学生学习兴趣、动手能力、创新能力及应用理论解决实际问题能力能否得到有效培养。

3.1 立体化的实验教学模式

实验教学要与现代实验技术相结合, 既要传授实验技能, 又要使学生的思维方式受到启发, 促使学生融会贯通地理解和掌握知识。因此实验教学内容的设置首先要考虑教学对象, 突出学生的主体地位, 一方面要与理论教学的知识点相结合, 另一方面还要注意趣味性、实用性和扩展性。要遵循由浅入深由易到难、由基础到综合由理论到创新循序渐进的原则, 淘汰与删减陈旧的演示性实验, 增加能培养学生创新意识和动手能力的设计型、综合型实验, 按照基础性、综合性和创造性三个层次开展实验教学, 各层次在内容上各有侧重, 但又相互衔接, 使其成为既与理论教学联系紧密, 又相对独立、完整的实验教学体系。

综合设计性的实验在的比例比较大, 本层次实验以学生动手为主, 教师辅导为辅, 只给出设计要求、简单的设计原理和设计思路, 中间过程需学生自由发挥, 自己去查询资料和设计电路。如设计表决电路[4], 让学生根据给定的实际问题按照所学进行逻辑电路的设计, 自行从列真值表—用卡诺图化简—写出最简表达式—画出逻辑电路图—选择元器件—连接电路直至调试完成设计任务。对于同一个实验可以有多种不同的方案。教师则根据学生的需要, 适当解释、引导学生进行思考、交流, 这样的实验训练了学生用所学数字电子技术知识解决实际问题的能力, 为学生以后设计电路打下良好的基础。

3.2 多元化的实验教学方法

在实验教学中我们强调学生的主体作用, 特别注意增强学生的自主性, 这是实验方法改革的核心。整个实验过程均强调必须由学生独立自主地完成, 强调学生的“三动”:自己动手, 自己动脑, 主动学习。为了培养学生独立思考和分析问题、解决问题的能力, 给他们以更多的时间和空间去发挥他们的想象和施展他们的个性, 充分调动他们的学习积极性, 针对立体化的实验教学模式, 制定了相应的三级实验教学方法图2所示。

特别通过无题目、无步骤的自主型实验, 培养学生“提出问题、研究问题、解决问题”的兴趣, 培养学生的思索能力、辨析能力和探索求知精神, 发展学生的个性和潜质, 激发学生的创造力, 达到提高学生实践能力和综合素质的目的。

3.3 多形式的实验考核机制

考核方式是教学管理中的一个重要辅助手段, 发挥考核方式的导向和监督作用是保证实验教学质量的关键。以往实验课附设在理论课中, 实验考核在课程考核中占极小的比例, 且一般以实验报告的平均分计算成绩, 这种考核方式不能充分调动学生的积极性, 不能使学生重视数字电子技术实验, 严重影响了高技能专门人才的培养。

因此, 要改变这种以实验报告成绩定优劣的只注重结果而忽视过程的考核方式, 笔者所在院系根据实验教学的特点, 从有利于激发学生实验兴趣, 提高实验能力为目的, 确定实验考核方式, 构建多种形式有机结合的动态的全方位的评价体系[5], 逐步建立了多元化实验考核办法。采用实际操作考核, 完成实验测试数据检查, 数据分析处理及实验报告规范撰写等, 进行统筹考核。实验考核成绩是理论教学考核的前提, 一票否决制加强了实验教学内容的权重, 即若实验考核不通过, 不能参加理论教学考试, 从制度上更完善了实验教学和理论教学的结合。

4 结语

总的来说, 通过对《数字电子技术》课程的探索, 本文从教学内容、教学方法、实验教学等几个环节对该课程的教学改革提出了一些看法和建议。优化教学内容将扩展课堂内容, 让学生接触并运用现代新知识、新技术, 适应数字技术快速发展的需要;多种教学方式灵活运用, 提高了学生的学习热情, 提高了教学效率和效果;加强实验教学改革, 着重培养学生的实践能力和创新能力, 进一步锻炼学生的动手能力以及加深其对课程内容的掌握, 完善实验教学和理论教学的结合。

摘要:数字电子技术是一门实践性较强的课程, 也是电气信息类专业必修的重要课程之一。为了提高数字电子技术课程的教学质量, 本文对该课程教学内容、教学方法和实验教学等方面进行研究。提出了数字电子技术课程教学内容优化的原则, 并对该课程教学方法进行改革与实践, 在实验教学方面通过对实验内容、实验方法、考核机制等几个方面的实践改革, 提高学生的学习主动性, 培养学生的综合能力及创新能力, 进而提高了数字电子技术的整体教学质量。

关键词:数字电子技术,课程体系,教学方法,实验改革

参考文献

[1] 陈文楷, 徐萍萍, 崔刚.数字电子技术, 课程体系和内容改革的体会[J].华北航天工业学院学报, 2006, 16 (增刊) :39~40.

[2] 贾立新, 龙忠琪, 李如春.电子技术课程建设探索与实践[J].电气电子教学学报, 2004, 26 (2) :31~33.

[3] 康华光.电子技术基础 (数字部分) [M].高等教育出版社, 2006 (5) .

[4] 徐国华.模拟及数字电子技术实验教程[M].北京航空航天大学出版社, 2004.

[5] 石国河.数字电路与逻辑设计实验教学的改革与探讨[J].河南教育学院学报, 2006, 15 (2) :76~78.