程學(xué)彩，王玉杰，趙俊梅

（滁州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)改革的探索
——以滁州學(xué)院為例

程學(xué)彩，王玉杰，趙俊梅

（滁州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

以新建應(yīng)用型本科院校為例，探討了為培養(yǎng)應(yīng)用型人才、提高數(shù)字電子技術(shù)課程理論教學(xué)質(zhì)量的方法和措施.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上提出分清側(cè)重點(diǎn)、主次分明、引入對比分析法、重視分析和設(shè)計(jì)方法等措施.改進(jìn)教學(xué)手段，建立興趣小組、鼓勵小制作等，注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高課程的教學(xué)效果.

應(yīng)用型；數(shù)字電路；教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，在人才培養(yǎng)體系中占據(jù)非常重要的地位.課程內(nèi)容主要包括邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)理論、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法、脈沖波形的產(chǎn)生以及數(shù)-模、模-數(shù)變換電路[2].該課程不僅具有自身的理論體系而且實(shí)踐性較強(qiáng).新建應(yīng)用型本科院校側(cè)重于學(xué)生的應(yīng)用和實(shí)踐能力，為培養(yǎng)適應(yīng)地方特色的應(yīng)用型人才，如何優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，

改善教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要.本文就這一問題進(jìn)行了初步探索.

1 課程教學(xué)改革

1.1 教學(xué)及課時(shí)安排

課程教學(xué)中，應(yīng)注意前續(xù)和后續(xù)課程的銜接和比較.以滁州學(xué)院為例，模擬電子技術(shù)課程一般安排在大二上學(xué)期，而數(shù)字電子技術(shù)課程安排在大二下學(xué)期.課程教學(xué)時(shí)，可讓學(xué)生初步了解課程之間的關(guān)系和不同特點(diǎn)，以便更有組織和計(jì)劃地學(xué)習(xí).兩門課程在工作信號、電路特點(diǎn)、研究內(nèi)容、電路構(gòu)成等方面均不同.模擬電路的工作信號是模擬信號，基本電路元件是晶體三極管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)算放大器等，且晶體管一般工作于線性放大區(qū)，研究的主要是輸入和輸出信號的大小、相位、功率等方面的關(guān)系，研究工具采用電路分析方法，動態(tài)性能采用微變等效電路[3].而數(shù)字電路的工作信號是數(shù)字信號，基本電路元件是邏輯門電路、觸發(fā)器等，且晶體管一般工作于飽和區(qū)和截止區(qū)，研究的主要是數(shù)字信號的產(chǎn)生、存儲、變換、邏輯運(yùn)算以及輸入、輸出信號的邏輯關(guān)系，研究工具是邏輯代數(shù).通過比較，讓學(xué)生對所要學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容、課程特點(diǎn)先有個大概的了解.

一般新建本科院校的數(shù)字電子技術(shù)課程的理論教學(xué)學(xué)時(shí)在60-80個學(xué)時(shí)之間，滁州學(xué)院09版教學(xué)大綱中，理論學(xué)時(shí)為68個學(xué)時(shí)，以往的教學(xué)中，由于課程內(nèi)容較多而學(xué)時(shí)有限，最后一章數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)容一般安排作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容.今年施行的12版教學(xué)大綱中理論學(xué)時(shí)已調(diào)整為72學(xué)時(shí).課時(shí)調(diào)整后，數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)容可以適當(dāng)選講，并增設(shè)2個學(xué)時(shí)的習(xí)題課和課堂討論課，豐富了課堂內(nèi)容.

1.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.2.1 分清側(cè)重點(diǎn)、主次分明

門電路這一章是很多學(xué)生感覺比較難掌握的內(nèi)容，該章節(jié)涉及了很多的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，主要介紹了二極管、三極管、MOS管的開關(guān)特性及TTL和CMOS兩種系列的門電路，包括或非門、與非門、或門、與門、與或非門、異或門等[4].該部分講述內(nèi)部電路的電路結(jié)構(gòu)和工作原理比較多，但是學(xué)生真正需要掌握的重點(diǎn)卻是這些器件的外部特性.外部特性主要包括邏輯功能和外部的電器特性.邏輯功能指的是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系.外部的電器特性主要指電壓傳輸特性、輸入特性、輸出特性、動態(tài)特性和負(fù)載特性.因此課堂教學(xué)的時(shí)候，雖然教師需要花費(fèi)一定的時(shí)間講解電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，但是實(shí)際上卻是為如何使用器件服務(wù)的，主要目的還是讓學(xué)生更好地掌握其外部特性以熟練使用這些門電路.具體應(yīng)用時(shí)，內(nèi)部電路是集成在芯片內(nèi)部的，更注重的還是器件的外部特性，因此教學(xué)時(shí)分清側(cè)重點(diǎn).

另外，TTL系列和CMOS系列電路雖是不同的系列，在具體的電路結(jié)構(gòu)、輸入特性和輸出特性有所區(qū)別，但是分析方法類似，在器件選擇和考慮方法是基本一致的.因此課堂講授時(shí)，可偏重介紹一種系列，比如CMOS系列，由于功耗低、便于大規(guī)模集成等特點(diǎn)近年來越來越受到人們的重視，而TTL系列可以安排作為自學(xué)內(nèi)容，這樣可以節(jié)約課時(shí)，以安排更多的學(xué)時(shí)在后面關(guān)鍵的分析和設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié).

1.2.2 引入對比分析法

觸發(fā)器這一章是比較基礎(chǔ)同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中很容易混淆的一部分內(nèi)容.觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元電路.掌握觸發(fā)器的觸發(fā)方式和動作特點(diǎn)至關(guān)重要，直接影響了設(shè)計(jì)電路的邏輯功能的實(shí)現(xiàn).而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中由于電路結(jié)構(gòu)和觸發(fā)方式較多很容易發(fā)生混淆，教學(xué)過程中非常適合采用對比分析法，通過對不同觸發(fā)器的觸發(fā)方式、動作特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較過程中掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容.

例如對同步SR觸發(fā)器和主從SR觸發(fā)器進(jìn)行比較.動作特點(diǎn)比較：同步SR觸發(fā)器在CP=1期間輸入信號直接改變觸發(fā)器的狀態(tài)，一個周期內(nèi)輸出端狀態(tài)可能發(fā)生多次改變；而主從SR觸發(fā)器狀態(tài)改變發(fā)生在時(shí)鐘信號的上升沿或者下降沿，一個周期輸出端狀態(tài)只改變一次.優(yōu)缺點(diǎn)比較：同步SR觸發(fā)器靈敏度高，但抗干擾性差；主從SR觸發(fā)器抗干擾性增強(qiáng)，仍遵循約束條件.通過比較產(chǎn)生的強(qiáng)烈效果，了解各類觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及動作特點(diǎn)，加深學(xué)生的印象，提高教學(xué)效果.

1.2.3 重視分析和設(shè)計(jì)方法

分析和設(shè)計(jì)是工程技術(shù)人員必不可少的手段.數(shù)字電路中組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法在課程中占了很大的比重.里面涉及的電路的功能和形式雖然千差萬別，但是都有一套比較固定的分析方法和設(shè)計(jì)流程.只要掌握方法，任何電路都能迎刃而解.因此課堂教學(xué)中，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)理念，讓學(xué)生掌握方法，這樣學(xué)生才能“以不變應(yīng)萬變”.

當(dāng)然，上述幾種教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)并不是一成不變的.時(shí)代在進(jìn)步，特別是數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)、新器件不端涌現(xiàn)，同樣教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)安排上也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn).

1.3 改進(jìn)教學(xué)方法

數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，且里面的內(nèi)部電路、邏輯圖非常多.傳統(tǒng)教學(xué)方法費(fèi)事費(fèi)力，往往得不到期望的教學(xué)效果.一般采用多媒體+板書設(shè)計(jì)結(jié)合的形式，即節(jié)約時(shí)間，又可利用多媒體里面生動的圖片、動畫帶來的優(yōu)勢.

另外，目前，EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）技術(shù)發(fā)展迅速，常用的EDA軟件有Multisim、Proteus和Pspice等，具有很強(qiáng)的邏輯仿真功能，掌握EDA技術(shù)也已成為電子設(shè)計(jì)人員需要具備的一項(xiàng)技能[5].數(shù)字電子技術(shù)課程理論教學(xué)中也可引入EDA技術(shù)輔助教學(xué)，讓學(xué)生感受軟件仿真的優(yōu)勢.例如課程教學(xué)中，涉及到很多的常用的組合邏輯電路（譯碼器74HC138、數(shù)據(jù)選擇器74LS153、數(shù)值比值器74LS85等）和時(shí)序邏輯電路（四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160等）.介紹這些知識點(diǎn)的時(shí)候，可以借助Multisim軟件里面豐富的元器件庫和虛擬儀器，分析這些器件相應(yīng)的邏輯功能以及輸入、輸出信號的高低電平，這樣課程教學(xué)不再枯燥無味，會更加生動形象，加深學(xué)生的印象，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

EDA技術(shù)的引入也可以成為鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力的一個方法.教師可引導(dǎo)學(xué)生課下自學(xué)軟件，習(xí)題課解題后，用Multisim軟件仿真，既可以實(shí)時(shí)驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)的電路是否滿足設(shè)計(jì)要求，又鍛煉了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力.

2 建立興趣小組、鼓勵小制作

“紙上得來終覺淺”，良好的理論是為實(shí)踐服務(wù)的.數(shù)字電子技術(shù)是一門應(yīng)用型比較強(qiáng)的課程，與我們的生活也息息相關(guān).常見的計(jì)算機(jī)、大屏幕廣告牌、鐘表、計(jì)算器、交通信號燈、出租車計(jì)價(jià)器等無一不涉及到數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng).課程學(xué)習(xí)中，可以引導(dǎo)學(xué)生成立興趣小組，討論數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用.鼓勵學(xué)生圖書館、網(wǎng)上查找相關(guān)資料，制作小型電子產(chǎn)品.例如簡單的電子秒表、移位寄存器型彩燈控制器等.

3 注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)

滁州學(xué)院該課程的教學(xué)大綱中規(guī)定：通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)理論、基本知識、基本分析方法和設(shè)計(jì)方法；并具有一定的分析問題和解決問題的能力，畢業(yè)后能勝任企、事業(yè)單位電子技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)工作；并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握不斷發(fā)展著的電子技術(shù)打下良好的基礎(chǔ).

可見，該課程非常注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng).通過課程的學(xué)習(xí)，可先讓學(xué)生初步建立起系統(tǒng)的觀念和工程的觀念.簡單電路是復(fù)雜系統(tǒng)的一部分，它在系統(tǒng)里有一定作用，而設(shè)計(jì)電路的時(shí)候不能顧此失彼，多看看前后電路的相互聯(lián)系，課程教學(xué)中慢慢引導(dǎo)學(xué)生建立起系統(tǒng)和工程的概念.另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也要不斷了解電子技術(shù)的發(fā)展.目前，電子的發(fā)展可以用日新月異來形容，新器件、新方法層出不窮.學(xué)生尤其是到了高年級的時(shí)候，可以用自己已有的知識去了解、去體會這方面的發(fā)展.同時(shí)，EDA技術(shù)的發(fā)展為電子技術(shù)領(lǐng)域里面施展自己的才能提供了非常好的環(huán)境.電子電路在方寸之間可以有一個比較大的變化，它不需要占多大的場地，不需要特定的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有了EDA這個環(huán)境，電子技術(shù)愛好者盡可按照自己所想象的、自己的意愿去搭建電路、構(gòu)造電路、測試電路、實(shí)現(xiàn)電路，從而提高自己電子技術(shù)方面的工程實(shí)踐能力.

4 結(jié)束語

時(shí)代在進(jìn)步，特別是電子技術(shù)的發(fā)展，課程改革迫在眉睫.新建應(yīng)用型本科院校也在探索中成長，如何培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才，也是教學(xué)工作者一直在思考的問題.本文以滁州學(xué)院為例，探討了培養(yǎng)應(yīng)用型人才、提高課程教學(xué)質(zhì)量的方法和措施，包括課程教學(xué)改革、建立興趣小組、鼓勵小制作、注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的教學(xué)效果.

〔1〕葉佳卓，盧斌，程棟.基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（11）：249-252.

〔2〕閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.

〔3〕華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔4〕康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

〔5〕張艷艷，袁媛，夏詠梅.“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”與“電子技術(shù)”的課程融合[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27（3）：67-70.

G642

A

1673-260X（2014）04-0189-02

滁州學(xué)院科研啟動基金（2012qd10）