数字电路课程教学研究

数字电路教学是自动化专业和电子信息类专业的重要专业基础课程。学生可以通过该门课程的学习掌握数字电路的基本理论知识, 并具备一定的设计电路的能力。随着科技的发展, 数字电路这门课程需要学生学习的内容在不断的增多, 而相应的学时却没有增加, 尤其是实践环节, 这使得学生在学习完理论知识后没有充分的时间进行动手操作, 实践能力没有得到提高。电子科技技术的发展异常的迅捷, 电子类和自动化类行业对于动手和实践能力强的人才需求量也越来越大, 传统的数字电路教学内容和模式已经不能满足现代社会的需要。因此有必要在教学内容、教学方法、考核方式和实验环节等方面做出一些新的改变和研究, 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, 来获得更好的教学效果[1]。

一、教学方法改革

(1) 提问式教学。传统的教学方法中, 通常是老师讲授, 学生学习, 通过课堂上少量的练习和课后作业来完成学习。大学课堂教学信息量比较大, 学生难以完全的吸收消化, 如何调动学生的积极性就显得尤为重要了。基于此点, 教师在上课时, 可以根据要教授的内容不断地提出问题, 让学生先进行思考, 而后再讲授后续的内容。这种启发式教学, 就是以教师为引导, 调动学生的主观能动性, 增强课堂中教师与学生的互动性, 来激发学生的主动性和创造性, 使得学生能够举一反三, 培养学生的自主学习能力。此种教学方法教师能够很好地掌控课堂的节奏, 抛出问题后如果学生反应较好, 该知识点就可以快速讲述, 反之则需要较为详细的讲解。在提问教学时, 教师不但要解答提出的问题, 还要教授学生面对老师的问题应如何思考, 使学生养成和掌握一种独立思考并解决问题的习惯和方法。 (2) 实例教学。数字电路是一门应用性和实践性很强的课程, 在教学过程中可以选取贴近现实生活中的案例, 以此为引导, 然后学生们带着问题去学习。以生活实例为引领, 有利于老师构建教学内容和明确教学形式。同时该种教学模式也有利于引发学生的质疑, 导出学生感兴趣的问题, 使学生明确学习目标, 激发学习主动性。因此选择何种生活实例是该教学方法的重点, 在选择实例时, 应本着难度适中、贴近生活、符合教学内容要求、能够很好的激发学生兴趣等原则来进行选取。 (3) 模块化教学。以项目引领的教学方式开始数电课程的学习, 通过选择来源于生活实际、生动有趣的项目给学生以直观认识, 使得学生对于课程有更形象化和具体化的认识, 有利于提高学生的学习兴趣。在之前的教学过程中, 课堂教学内容多以教材顺序安排实施。为更好体现项目化设计理念, 对课程的教学内容进行了重新梳理。按照数字电路的基本构成, 通过项目分解, 将数电课程教学内容划分为几个模块, 覆盖各个知识点。通过对项目的诠释, 使得学生对于实际任务有了更形象化、具体化的理解, 然后再按照模块化学习课程内容, 学生能够真正感受到知识的实用性, 利于提高学生学习的主动性和积极性[2]。

二、教学内容调整

数字电路课程的内容非常丰富, 传统的理论教学对集成芯片的内部原理分析过于详细, 以至于忽视了芯片的外部应用和功能。例如, 在对集成寄存器X194的讲述过程中, 对于该芯片的内部结构就介绍的过于详细, 对于真正使用该芯片没有过多的帮助, 反而使得学生在学习芯片原理时过于疲惫, 只是为了应付考试, 缺少时效性, 不能快速地将学到的知识应用与实际中。因此, 教师在讲述该类内容时, 对于芯片的外部功能应详细介绍, 而芯片的内部结构及原理则可以简略的介绍, 甚至不做介绍, 让学生选择自学。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, 以逻辑代数基础、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为核心, 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。

传统教学是针对从晶体管电路发展而来的研究方法与学习内容, 在中规模电路中进行了改革与发展。但是HDL语言的引入, 使数字电路这门学科研究的层面从单元电路发展为系统级的层次。传统的数字电路教学一般都是首先按项目的具体功能要求进行功能划分, 然后对每个电路模块进行设计并得到相应的逻辑线路图。其次进行器件的选择、电路板绘画、电路的组装及调试。对于较为复杂的电路不但设计繁琐, 而且调试十分困难, 修改起来也十分不便, 从而导致电路设计周期较长。EDA的工具软件与PLD元件的结合, 使得数字电路的研究方法发生了新的变化。那种以中规模标准逻辑电路为基本单元, 自下而上的数字电路系统的研究与分析设计方法, 已不适应当前的数字系统的集成电路设计要求。利用HDL语言为基础的自上而下的数字电路系统设计方法得到各种EDA软件的支持, 使得数字电路研究方法出现了新的飞跃[3]。在授课中, 教师应该适当增加HDL语言内容的学时, 在引用实例时, 不但要学生学会使用芯片来实现, 还应掌握在EDA平台上用HDL语言来实现该实例。随着数字电路发展中不断出现的新技术, 我们当与时俱进, 不能只拘泥于传统教学中的内容, 应当实时为数字电路课程输送新的血液, 使得教学内容更加丰富多彩, 使得学生能不断的接触到到比较前沿的技术和知识, 以适应社会发展的需要。

三、完善实验教学

数字电路是一门应用和实践性很强的学科, 必须有相应的实验和实践环节配合, 从而使学生对理论知识的理解更加深刻, 并能将其应用到实践中去。在实验课教学中, 实验目的和目标的设定要与教学中的理论知识相对应, 实验课进度要配合理论课的教学, 让学生能够快速的学以致用。实验的内容分为两部分, 分别是验证性实验和设计性实验。实验中应以设计性实验为主, 验证性为辅, 验证性实验是为了让学生尽快熟悉实验仪器的操作, 熟练集成芯片的使用, 掌握如何解决实际问题;而设计性实验则是为了使得学生能够掌握数字电路设计的方法和思路。设计性实验应多选择贴合实际的例子, 例如数字秒表的显示, 外接键盘、编码器、译码器和数码管构成的键盘数字显示电路, 由x161计数器、译码器和数码管构成的24秒倒计时显示电路等等。通过设计性实验的学习, 使得学生的学习数字电路兴趣在不断增加, 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。课前预习是整个实验过程中的一个重要环节, 一次好的实验预习对于整个实验就成功了一半。良好的实验预习应该从以下两个方面去准备, (1) 实验目的和目标:在做一个实验之前, 一定要了解实验的目的, 确定实验的目标, 要知道做这次试验的要完成哪些内容, 要具备哪些理论基础; (2) 设计性实验步骤的制定:对于实验中要完成的设计性实验, 要提前给出设计的思路和步骤, 通过课堂的实验来验证学生的设计思路是否正确, 当中还存在哪些问题。例如, 利用逻辑门芯片实现全加器, 学生应根据掌握的中规模集成芯片功能提前设计好相关电路, 课堂上只做电路连接、功能验证和电路修改等内容, 电路的设计不应该在实验课堂中来完成, 既浪费了时间, 也不利于学生思考。

四、改进考核方式

传统数字电路课程的考核方式还是以期末考试成绩作为评定学生的依据, 教师仅为了提高通过率而制定教学内容;反之, 学生仅为了考试不挂科而学习, 并不注重自身学习能力的培养。这种考核方式已经不能完成大学课程的教学目标, 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[4], 其中期末试卷的成绩占总成绩的60%—70%, 其他部分则是对综合能力的考核。综合能力考核包括课堂提问, 平时测验, 以及将实验成绩纳入数字电路课程的平时成绩中等等。为了提高学生的学习积极性, 还可以在平时考核和试卷中加入综合设计性题目的提高题。通过上述的手段使得学生踊跃发言、积极思考、拓展思路、提高自我能力。

五、结束语

在数字电路的教学中, 授课教师应以引导教学为主, 通过不断的抛出问题来调动学生的学习积极性, 要以循循善诱的方式让学生学会思考, 并总结出一套自己思考问题和解决问题的方法。老师要关心和尊重学生, 公平公正的对待每一个学生, 对思考能力较差的学生要给与耐心的指导, 不能打击学生的自信心。总之, 要最大限度的然学生发挥自主学习性, 使学生通过数字电路课程的学习即增加了知识, 又锻炼了能力。

摘要：针对数字电路的教学现状中存在的问题, 通过从事数字电路课程教学的经验, 本文从教学方法、教学内容、实验课程、考核方式等几个方面进行探讨, 提出了一些数字电路教学的新思路和方法。

关键词：教学方法,教学内容,实践能力

参考文献

[1] 徐锦丽, 葛雯.数字电路课程的教学改革与研究教育教学论坛, 2017, (1) :3.[1]徐锦丽, 葛雯.数字电路课程的教学改革与研究教育教学论坛, 2017, (1) :3.

[2] 王阳, 钱裕禄, 杨亚萍, 周雪娇.项目引领与模块化整合教学模式在数电课程中的实施与应用[J].教育教学论坛, 2016, (11) :29.[2]王阳, 钱裕禄, 杨亚萍, 周雪娇.项目引领与模块化整合教学模式在数电课程中的实施与应用[J].教育教学论坛, 2016, (11) :29.

[3] 徐鲁雄, 数字电路课程建设的新观点[J].计算机教育, 2007, (8) :10.[3]徐鲁雄, 数字电路课程建设的新观点[J].计算机教育, 2007, (8) :10.

[4] 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.[4]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.