張益男 南京大學(xué)金陵學(xué)院玉輝樓信息科學(xué)工程系，南京 210089

數(shù)字電子技術(shù)及實驗教學(xué)中的幾點想法

張益男 南京大學(xué)金陵學(xué)院玉輝樓信息科學(xué)工程系，南京 210089

數(shù)字電子技術(shù)是計算機(jī)類及電子類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方法不再適應(yīng)現(xiàn)代高等教育培養(yǎng)目標(biāo)的需要。文章從理論課教學(xué)和實驗課教學(xué)兩方面闡述，并從內(nèi)容、手段、考評等方面進(jìn)行探討，加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生解決問題和創(chuàng)新的能力。

數(shù)字電子技術(shù)；實驗；考核

隨著電子材料科學(xué)的發(fā)展，電路集成技術(shù)的進(jìn)步，分立元件的電路逐漸被數(shù)字集成電路取代，電路成本不斷降低，數(shù)字電路的知識也成為必修內(nèi)容，而且是許多重要課程的基礎(chǔ)，如《單片機(jī)原理與應(yīng)用》、《計算機(jī)組成與設(shè)計》、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》等。數(shù)字電子技術(shù)（簡稱數(shù)電）課程教學(xué)效果的好壞直接影響到這些后續(xù)課程的教學(xué)，而且這門課的學(xué)習(xí)也為從事實際工作奠定了必要的基礎(chǔ)。但是傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯得單調(diào)和落后，嚴(yán)重束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因而數(shù)電課程的教學(xué)質(zhì)量也難以提高。為了培養(yǎng)高質(zhì)量的人才，必須進(jìn)行教學(xué)改革。

1、理論課教學(xué)

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)手段和多媒體教學(xué)相結(jié)合

傳統(tǒng)的“一支粉筆、一塊黑板”的教學(xué)模式讓學(xué)生處于被動接受知識的狀態(tài)，即所謂的填鴨式教學(xué)，教學(xué)效果往往不理想。如今計算機(jī)及多媒體技術(shù)迅速發(fā)展，要把這些先進(jìn)技術(shù)用到課堂中來，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，提高教學(xué)效果。上課前教師要認(rèn)真做好每堂課的PPT，即課件。優(yōu)秀的課件是教材內(nèi)容的提升和精煉，將概念、定律及內(nèi)容能更清晰地展示給學(xué)生，在PPT中可以用加重字體，改變字的顏色來突出重點、難點，讓學(xué)生一目了然，做到有重點地學(xué)習(xí)，分清主要和次要內(nèi)容。另外制作PPT時要充分利用多種表示形式，如圖像、聲音、動畫等，這樣更能激發(fā)學(xué)生的興趣，幫助學(xué)生更好地理解和接收教學(xué)內(nèi)容。而且PPT便于學(xué)生在課后復(fù)習(xí)，通過回想、看書再現(xiàn)教師上課時所講的內(nèi)容。

1.2 注意講授的內(nèi)容

數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展迅速，因此數(shù)電這門課的教學(xué)也應(yīng)跟上時代的步伐，根據(jù)科技的發(fā)展來增加和刪減教學(xué)內(nèi)容。例如，康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分》第五版一書中對TTL集成電路邏輯門做了非常詳細(xì)的講解，理論性較強(qiáng)，學(xué)生不易理解，而在當(dāng)前的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中，幾乎不用此類邏輯器件，那教師在講課時可簡化這部分知識，在講完CMOS門后讓學(xué)生課外學(xué)習(xí)。再例如時序邏輯電路那章，介紹計數(shù)器、寄存器等，講課時注意回避繁瑣的集成電路內(nèi)部分析和推導(dǎo)，著重介紹外部邏輯功能的描述、分析和應(yīng)用，讓學(xué)生做到靈活使用即可。

1.3 利用動畫演示，提高教學(xué)效果

數(shù)字電子技術(shù)課程有些概念比較抽象，只靠教師在課堂上講，可能教學(xué)效果不夠理想。在互聯(lián)網(wǎng)上有很多關(guān)于數(shù)電基本概念的動畫講解，教師可以下載下來，作為輔助的一種教學(xué)手段。在講到相應(yīng)概念時，可播放給學(xué)生觀看，讓學(xué)生加強(qiáng)對概念的理解，而且動畫能引起學(xué)生的興趣，更能印象深刻。

1.4 充分發(fā)揮教師和學(xué)生的作用，加強(qiáng)和學(xué)生的互動

在教師資格證培訓(xùn)的時候，教育學(xué)當(dāng)中就講過要以學(xué)生為主體，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，這條原則我們要很好地貫徹到教學(xué)當(dāng)中去。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式當(dāng)中，過于強(qiáng)調(diào)教師的講授，在一定程度上忽視了學(xué)生的積極參與，只是讓學(xué)生被動地接收教師的教授內(nèi)容，嚴(yán)重束縛了學(xué)生個性的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。為改變這種狀況，要知道教育不應(yīng)只是生硬地傳授知識，更要看到學(xué)生的不同特點，因材施教，善于發(fā)動他們?nèi)ブ鲃訉W(xué)習(xí)和研究，引導(dǎo)學(xué)生生動活潑地發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力和方法。在課堂教學(xué)時，注意加強(qiáng)和學(xué)生的互動，多提問，及時反饋，隨時看學(xué)生的掌握情況。

1.5 考核方式

把理論課和實驗課分開考核，作為兩門課，分別給成績。理論課的考核主要是考試，把平時表現(xiàn)也納入考核范圍，例如考勤、提問和作業(yè)，具體情況根據(jù)學(xué)生平時的表現(xiàn)決定，占總成績的20%，另外期中考試成績占20%，期中考試是必要的，是對半學(xué)期學(xué)習(xí)情況的總結(jié)，通過此可以看到學(xué)生的掌握情況，什么地方掌握不是很好，可以在卷面上反映出來。教師可以在考試后習(xí)題課上給學(xué)生再強(qiáng)化下以前學(xué)的概念，糾正學(xué)生錯誤的地方。期末成績占60%。具體比例可根據(jù)實際情況而定。

2、實驗課教學(xué)

2.1 合理安排實驗內(nèi)容，加強(qiáng)理論與實踐的聯(lián)系

第一，一本書的理論教學(xué)內(nèi)容一般都很多，每個方面全講詳細(xì)是不可能的，可將適當(dāng)內(nèi)容放到實驗課上著重講述。例如做計數(shù)、譯碼、顯示電路實驗時，將原理要闡述清楚，實驗課上計數(shù)器用的是74LS90芯片，而康華光版的理論書上用的是74LS390芯片，兩者雖然名稱不同，但功能和電路連接完全一樣，所以理論課上這部分內(nèi)容可簡單介紹，而著重放在實驗課上講解，這樣學(xué)生自己動手設(shè)計電路并連接電路，能對這部分內(nèi)容更好地理解，感受到知識的實用性。

第二，適當(dāng)減少驗證性實驗，增加設(shè)計性和綜合性的實驗內(nèi)容。實驗教學(xué)是一個非常重要的環(huán)節(jié)，目的是讓學(xué)生通過實際動手，掌握一般的實驗方法和技巧，鞏固已有的理論知識，提高分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，所以整個實驗內(nèi)容的安排要有所考慮。驗證性實驗主要是給學(xué)生打基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生操作儀器儀表和設(shè)備的基本能力，而設(shè)計性實驗是提升學(xué)生的實際動手能力，教師給出實驗任務(wù)，將所用到的元器件發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己設(shè)計電路并搭試完成，測試實驗數(shù)據(jù)并解決出現(xiàn)的問題，教師給以輔導(dǎo)并與學(xué)生共同探討。在學(xué)期的最后一個實驗通常設(shè)計一個綜合性實驗，主要是考核學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，選一些有趣味性和應(yīng)用性的課題。例如我們選擇了一個LED燈顯示的問題，有幾種花樣，通過開關(guān)控制輪流顯示。要求學(xué)生首先利用軟件作出原理圖，其次在面包板上搭試電路，并觀察實驗現(xiàn)象，寫出實驗報告，分析具體的工作原理。效果顯示，學(xué)生對實用性強(qiáng)的實驗表現(xiàn)了極大的興趣，積極性很高，能自己動手設(shè)計，最終有多種方案提出，達(dá)到了綜合性實驗要求的效果。

第三，將EWB軟件的使用和CPLD的Verilog語言的編程實驗引入實驗教學(xué)。EWB虛擬仿真實驗軟件為數(shù)字邏輯電路仿真提供了豐富的元器件模型，作圖方便，實驗和測試結(jié)果直觀具體，把傳統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試問題變成“軟件”問題。這樣能激發(fā)學(xué)生更深入理解實驗內(nèi)容，進(jìn)一步激發(fā)了對本課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了分析和設(shè)計、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件，規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是用戶可根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。Verilog HDL是一種應(yīng)用廣泛的硬件描述語言，可用于從算法級、門級到開關(guān)級的多種抽象層次的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。將Verilog HDL語言下載到CPLD器件后，使被下載的CPLD器件成為與Verilog語言所描述的數(shù)字電路，加上外圍電路，能看到相應(yīng)的現(xiàn)象。我們電子實驗室在學(xué)期開始，介紹完儀器使用后，先安排的是EWB的實驗，讓學(xué)生先學(xué)習(xí)好軟件的使用，為以后的綜合性實驗打好基礎(chǔ)。中間安排的是驗證性和設(shè)計性實驗。之后安排的是CPLD實驗，有一些典型的程序讓學(xué)生設(shè)計并在CPLD板上觀察實驗現(xiàn)象。例如設(shè)計靜態(tài)和動態(tài)顯示實驗、搶答器實驗等。通過這些實驗的安排，讓學(xué)生自己選擇元器件、連接電路、選擇參數(shù)、編寫程序，一邊選擇一邊測試，一邊修改一邊分析，并與理論進(jìn)行對照，在一步步調(diào)試中學(xué)習(xí)提高，把實驗和理論緊密結(jié)合，加深了對理論的認(rèn)識。

第四，根據(jù)專業(yè)不同和學(xué)生能力的差異安排實驗內(nèi)容。在教師資格證培訓(xùn)時，同樣講到一點原則，就是要考慮學(xué)生的個體差異，做到因材施教。例如我們學(xué)院電子專業(yè)和計算機(jī)專業(yè)都要求完成數(shù)電實驗，數(shù)電對電子專業(yè)尤其重要，學(xué)生都學(xué)過模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩門課，而計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生不學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)，只學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)，因此學(xué)生的水平也相對弱一點，有些實驗電子專業(yè)的學(xué)生完成得比較好，但對計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說就會有點困難，因此在教學(xué)時，對計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生可相對降低一點難度，安排一些更適合他們的實驗。

2.2 實驗時間的分配

學(xué)院安排的數(shù)電實驗時間是每周一次，一次是3節(jié)課的時間，但因為學(xué)生水平參差不齊，所以不是每次實驗每個學(xué)生都能利用課上時間完成。為解決這一問題，安排了周末為開放實驗室時間，每天由一個老師和一個實驗員值班，老師負(fù)責(zé)解答學(xué)生遇到的問題，并檢查實驗結(jié)果，實驗員負(fù)責(zé)實驗室的開放，分發(fā)元器件等。在開放實驗室時間，課上沒做完實驗的同學(xué)可以來完成，對其他實驗感興趣想自己動手做的同學(xué)也可以來做實驗。通過開放實驗室，不僅提高了實驗儀器的使用率，并且保證了學(xué)生有充足的時間完成實驗、思考問題，與教師探討，這樣也使學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)得到了很大的提高。

2.3 重視實驗報告

我們要求每做一個實驗，學(xué)生在課后都要完成一份實驗報告，內(nèi)容包括幾部分：目的、使用儀器、原理、電路圖、實驗結(jié)果和實驗小結(jié)。要求學(xué)生寫實驗報告的目的就是讓學(xué)生理解每次實驗，不是實驗做完就結(jié)束了，而是通過報告總結(jié)自己實驗中遇到的問題，并理解透徹，以后遇到相似問題知道如何處理，所以實驗小結(jié)顯得尤為重要，能看出一個學(xué)生是否用心來完成這次實驗。

2.4 考核方式

學(xué)生的實驗成績包含兩方面，一是平時表現(xiàn)，包括考勤、提問和實驗報告，二是學(xué)期末的考試，至于各權(quán)重可結(jié)合實際情況設(shè)置。學(xué)期末的考試分兩種，一種是試卷考核，題目為2題，考試時間為3節(jié)課時間，要求學(xué)生在試卷上畫出電路圖，寫出實驗結(jié)果，教師檢查是否有實驗現(xiàn)象以及現(xiàn)象是否正確。另一種是用綜合性實驗作為考核，這個主觀性比較強(qiáng)，所以要設(shè)置一個統(tǒng)一的評分標(biāo)準(zhǔn)，做到公平公正。

2.5 短學(xué)期的實驗教學(xué)

學(xué)院在7月份是短學(xué)期，一般是三個星期。短學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容主要是學(xué)生完成一些應(yīng)用性較強(qiáng)的綜合性實驗，例如收音機(jī)、對講機(jī)、小信號放大器等，儀器發(fā)給學(xué)生，學(xué)生自己動手設(shè)計電路，焊接電路板，并進(jìn)行調(diào)試。短學(xué)期的實驗?zāi)苓M(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，更快更好地與社會需求接軌。

課程的教學(xué)改革要適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)體制和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，也要遵循課程自身的規(guī)律，適應(yīng)高等教育的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)理論與實踐的完善統(tǒng)一。理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩手都要抓，有機(jī)結(jié)合，對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有重大意義，并進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)電技術(shù)等課程的改革深入發(fā)展。

[1]康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].第五版.高等教育出版社.2006

[2]邊曉娜，馬英.《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)改革探討[J].河北廣播電視大學(xué)學(xué)報.2009

[3]馬曉娜，劉春梅，皮紅梅，等.《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)改革與實踐[J].世紀(jì)橋.2010

[4]喬崢.《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)淺探[J].科技教育.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.178

張益男：1984.8 女，碩士、教師、研究方向為控制及電子方面。