試析“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)與實(shí)驗(yàn)改革探索
論文摘要：筆者結(jié)合多年來“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等幾個(gè)方面對(duì)該課程的教學(xué)改革提出了一些具體措施和建議。教學(xué)實(shí)踐表明，這些方法效果較好，顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
論文關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
“數(shù)字電子技術(shù)”課程是工科院校電力及其自動(dòng)化、通信等電類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，具有自身的體系和很強(qiáng)的實(shí)踐性。該課程的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果直接關(guān)系到電子信息類各專業(yè)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)“數(shù)字電子技術(shù)”課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、樹立理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)以及提高學(xué)生分析和解決問題的能力都有著極其重要的作用。筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬?duì)“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)及實(shí)驗(yàn)改革的幾點(diǎn)思考，希望對(duì)相關(guān)院校該課程的教學(xué)改革有所幫助。
一、理論課教學(xué)方面
1.教學(xué)大綱應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)
“數(shù)字電子技術(shù)”的基礎(chǔ)部分包括邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、硬件描述語言、脈沖波形的產(chǎn)生和整形、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，特別是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及芯片技術(shù)的發(fā)展非常迅速。而許多高校所用的教材內(nèi)容更新緩慢，許多新知識(shí)、新技術(shù)不能及時(shí)地補(bǔ)充進(jìn)來，當(dāng)前教材講述的一些器件早已過時(shí)或被淘汰。教學(xué)大綱應(yīng)該不斷地進(jìn)行改革，在保證“數(shù)字電子技術(shù)”基本知識(shí)、基本理論的前提下，使教學(xué)內(nèi)容體系有新的變化。
我們應(yīng)從基本電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法起步，以大規(guī)模集成電路（Large scale integration，LSI）的分析及應(yīng)用為重點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和改革。淡化電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)電路的外部特性。淡化各種功能模塊的電路構(gòu)成，強(qiáng)調(diào)相應(yīng)集成器件的應(yīng)用。用硬件描述語言進(jìn)行電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢。與傳統(tǒng)的原理圖輸入設(shè)計(jì)方法相比較，硬件描述語言更適用于規(guī)模日益增大的電路系統(tǒng)，它還是進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化的重要工具。硬件描述語言使設(shè)計(jì)者在比傳統(tǒng)的門級(jí)設(shè)計(jì)方法更為抽象的層次上描述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性。它突出的優(yōu)點(diǎn)有：語言的公開可利用性、設(shè)計(jì)與工藝的無關(guān)性、寬范圍的描述能力、便于組織大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及便于設(shè)計(jì)的復(fù)用和繼承等等。目前最常用的硬件描述語言有VHDL和Verilog-HDL，它們都已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。我們在教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)新器件和流行硬件描述語言的學(xué)習(xí)。
2.傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合
“數(shù)字電子技術(shù)”課程中有大量用圖形、表格表述的知識(shí)，如電路圖、波形圖、時(shí)序圖、真值表等，教師在黑板上手繪這些圖表不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且顯示效果一般，方式也不靈活。
多媒體技術(shù)能夠?qū)⒋罅康募呻娐�、圖形、波形、真值表預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)中，上課時(shí)教師可以方便、快捷地使用這些圖表，從而減少了很多耗時(shí)的板書和畫圖，節(jié)省了大量的時(shí)間，利用這些時(shí)間就能夠?qū)⒔滩闹猩形闯霈F(xiàn)的內(nèi)容加到課堂中去，幫助學(xué)生深入理解所學(xué)知識(shí)，從而提高學(xué)習(xí)效率�！皵�(shù)字電子技術(shù)”中組合邏輯電路及時(shí)序邏輯電路的分析及設(shè)計(jì)過程和其他一些章節(jié)都存在大量邏輯圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及時(shí)序圖等，用多媒體教學(xué)無疑能很好地將這些章節(jié)的講解變得更簡單化、清晰化。
這里提倡多媒體教學(xué)，決不是要否定傳統(tǒng)的教學(xué)手段。各種手段都具有其各自的特點(diǎn)和獨(dú)特的功能，在教學(xué)中，它們是相互補(bǔ)充、取長補(bǔ)短的關(guān)系。就像粉筆+黑板、幻燈投影、電視教學(xué)等教學(xué)手段一樣，多媒體教學(xué)只是教師授課的手段之一。將多媒體與其他教學(xué)手段結(jié)合起來將會(huì)獲得更好的教學(xué)效果。
3.勇于探索新的教學(xué)方法
教學(xué)改革的核心是教學(xué)方法的改革，教學(xué)方法要體現(xiàn)在整個(gè)課堂教學(xué)過程中。傳統(tǒng)的教學(xué)往往都是通過傳授，學(xué)生被動(dòng)反復(fù)練習(xí)，這在一定程度上忽視了學(xué)生的積極參與，把學(xué)生頭腦當(dāng)成被動(dòng)接受知識(shí)的容器，嚴(yán)重束縛了學(xué)生個(gè)性和創(chuàng)造能力的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力，難以適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的需要。
現(xiàn)在，教師一定要通過多種多樣的方法，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的熱情。例如肯定學(xué)生的表現(xiàn)，給予充分的鼓勵(lì)。加強(qiáng)師生互動(dòng)，開展第二課堂，或嘗試雙語教學(xué)等�！皵�(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)方法和手段的改革和創(chuàng)新要體現(xiàn)當(dāng)代大學(xué)生的特點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性，在教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”相結(jié)合的循環(huán)式教學(xué)方法。基于數(shù)字電路的課程特點(diǎn)，在教學(xué)中每部分都從最基本的應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，由實(shí)際問題入手通過簡單實(shí)驗(yàn)引入相關(guān)知識(shí)和理論，引出相關(guān)概念及相關(guān)電路，這樣的教學(xué)才更有效。將課堂講授、課內(nèi)討論、課外自學(xué)、技能訓(xùn)練等有機(jī)結(jié)合，在教學(xué)過程中通過將設(shè)計(jì)實(shí)例或工程實(shí)際問題引入課堂、現(xiàn)場教學(xué)、精講多練等方法進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。“數(shù)字電子技術(shù)”是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，經(jīng)常指導(dǎo)學(xué)生做一些小發(fā)明、小制作，充分展示了學(xué)生們的才能，提高了其動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面
1.實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)課程單獨(dú)設(shè)課
沈陽化工大學(xué)（以下簡稱“我�！保﹤鹘y(tǒng)的教學(xué)方法是“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)是一門課程，期末統(tǒng)一考核，這在無形中偏重了理論知識(shí)的考核。近幾年來，我們轉(zhuǎn)變教育思想，將實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)課程獨(dú)立設(shè)課，其中“數(shù)字電子技術(shù)”與“模擬電子技術(shù)”中的實(shí)驗(yàn)部分合并為一門新的課程，即“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”�？荚u(píng)方式不再是單純的理論考試，而是要注重學(xué)生實(shí)際能力的考核，這樣才能使教學(xué)重點(diǎn)放到能力的培養(yǎng)上，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，開拓學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，更快更好地與社會(huì)需求接軌。經(jīng)過幾年的改革實(shí)踐，已取得良好效果。
2.加大實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備
我�！皵�(shù)字電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)以前只有12學(xué)時(shí)，近幾年為切實(shí)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增加了4個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)范圍及內(nèi)容，制訂了新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱并印刷了新版實(shí)驗(yàn)教材，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋全書，涉及面廣而精，確保理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。由于長年累月的頻繁使用，實(shí)驗(yàn)室一些數(shù)字設(shè)備已經(jīng)老化，如一些端口的接觸不良等，直接影響到實(shí)驗(yàn)效果。目前實(shí)驗(yàn)室又采購了一批新的實(shí)驗(yàn)箱，確保每位教師一個(gè)時(shí)間段僅指導(dǎo)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)班，并由以前的兩人一組改為每位學(xué)生一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱，強(qiáng)化學(xué)生們的獨(dú)立動(dòng)手能力及解決問題能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)前已進(jìn)行了認(rèn)真的預(yù)習(xí)，教師在講解時(shí)，只布置相關(guān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，而把更多的時(shí)間留給學(xué)生，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題。教師加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)控和巡視，對(duì)學(xué)生的操作方法和實(shí)驗(yàn)中遇到的問題加以正確引導(dǎo)、啟發(fā)，幫助他們解決問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束前逐一驗(yàn)收，完成實(shí)驗(yàn)方可離開實(shí)驗(yàn)室。
3.加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
增加綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)在選擇上主要考慮了通過學(xué)習(xí)該門課程來解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)和工程觀念分析問題和解決問題的能力，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是培養(yǎng)學(xué)生在工程設(shè)計(jì)、制作和組織管理等方面的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)該課程的應(yīng)用性及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，安排了裁判電路設(shè)計(jì)、交通燈控制電路設(shè)計(jì)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)（包括判奇電路、多路選擇開關(guān)、觸發(fā)器的設(shè)計(jì)）等。通過實(shí)際操作，學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并通過解決實(shí)際生活中的問題提高了學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生在做這類實(shí)驗(yàn)時(shí)都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣，很好地培養(yǎng)了他們的主動(dòng)性及動(dòng)手能力。
4.開設(shè)“數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)
為了使學(xué)生把學(xué)到的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)完該課程后，停課一周半開展“數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行集中訓(xùn)練。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生熟悉電路和器件，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣。課程設(shè)計(jì)的難度也在學(xué)生能夠接受的范圍內(nèi)不斷增加，如今年的設(shè)計(jì)題目是數(shù)字電壓表，涉及9個(gè)典型芯片及一些常規(guī)電子器件的應(yīng)用，要求學(xué)生自己查閱資料，設(shè)計(jì)、搭接并調(diào)試線路，這樣有利于理論知識(shí)的理解和掌握。Protel是一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。它能夠處理各種復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)過程。通過設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合，Protel提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。學(xué)生們在掌握設(shè)計(jì)方法的同時(shí)也學(xué)會(huì)了Protel軟件的使用，為自己在以后的學(xué)習(xí)與工作中增加了一項(xiàng)新的技能。
三、結(jié)束語
經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革和實(shí)踐，我校的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)及實(shí)驗(yàn)都取得了良好的效果。近幾年我校學(xué)生連續(xù)多次在遼寧省舉辦的電子設(shè)計(jì)大賽中獲得第一名，并在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。由于教學(xué)改革是個(gè)長期的過程，需要指導(dǎo)教師不斷總結(jié)和學(xué)習(xí)，作為電子類專業(yè)基礎(chǔ)課程，“數(shù)字電子技術(shù)”的教學(xué)改革仍然任重而道遠(yuǎn)。
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