林梅金，蘇彩紅，王飛

（佛山科學技術(shù)學院，廣東佛山 528000）

一、研究背景

數(shù)字電子技術(shù)課程是電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、計算機科學與技術(shù)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，在我院的電氣工程及其自動化專業(yè)的教學中具有承上啟下的作用。數(shù)字電子技術(shù)課程所涉及的內(nèi)容具有較強的實用性[2]，本課程設(shè)置的實踐教學環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)、動手能力和創(chuàng)新能力，為了進一步契合本專業(yè)的培養(yǎng)目標“具有一定競爭意識、創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才”，本課程的課題組教師在教學理念上進行了深入探討，努力尋找理論和實踐緊密結(jié)合的可行路徑[3]。近兩年，我們對本院電氣工程及其自動化專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程進行了教學改革，從傳統(tǒng)的以教師講授為主的授課模式改革為以項目法為主的教學模式，有效地強化理論與實踐相結(jié)合。在項目教學法下，學生不僅需要聽取教師對基本理論的講解，還需要查找資料進行實驗設(shè)計并完成調(diào)試，這一教學模式能有效推動學生對相關(guān)的理論和應(yīng)用的主動學習。本文以一個例子闡述如何通過一個項目展開項目教學法以及項目如何連接課程中的幾個重要內(nèi)容。

二、數(shù)字電子技術(shù)課程項目法教學實例

眾所周知，零散的知識點不利于記憶，也難以引起學生學習的興趣，因此在項目教學法開展之前，需要設(shè)計一系列項目，這些項目需要涵蓋一定量的課程內(nèi)容并形成一個完整的小體系，以便于教師在教學過程進行知識點的串連和前后呼應(yīng)，實現(xiàn)聯(lián)想式教學，提高學生的學習能力和素質(zhì)[4]。本節(jié)從一個實例(交通信號燈狀態(tài)監(jiān)測功能設(shè)計）出發(fā)，詳解基于項目法教學過程。

項目的題目與要求：使用所學的典型邏輯門設(shè)計交通信號燈工作狀態(tài)異常監(jiān)測邏輯功能電路。交通信號燈由紅（R）、黃（Y）、綠（G）三盞燈組成，如圖1所示。在正常工作情況下，紅黃綠燈中必有一盞燈被點亮，而且只允許有一盞燈被點亮。當出現(xiàn)其他五種狀態(tài)（兩盞燈被點亮、三盞燈被點亮、沒有燈被點亮等情況）時，表明電路發(fā)生故障，這時要求所設(shè)計的監(jiān)測邏輯功能電路自動發(fā)出故障報警信號，提醒維護人員前去修理。

圖1 交通信號燈工作正常與故障狀態(tài)

本項目涵蓋了數(shù)字電子技術(shù)課程的第一章至第四章中的重點內(nèi)容，項目的成功開展為學生良好的學習效果奠定了堅實的基礎(chǔ)[5]。本項目內(nèi)容與數(shù)字電子技術(shù)課程中關(guān)鍵知識的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 本項目與課程內(nèi)容直接的關(guān)系圖

接下來，我們詳細介紹以此項目為導向的教學實施過程。設(shè)計邏輯門電路首先需要對實際物理對象進行邏輯抽象，針對本項目，我們通過分析可以選取紅黃綠三盞燈的點亮狀態(tài)為輸入變量，分別用R、Y、G表示，并規(guī)定燈被點亮為1，不亮為0。取三盞燈工作異常狀態(tài)為輸出變量，用變量Z表示，并規(guī)定三盞燈均正常工作時Z為0，否則判斷為發(fā)生故障，此時Z為1。根據(jù)項目要求可以列出真值表(如表1所示），并列寫邏輯函數(shù)式(如式1所示）。這部分內(nèi)容在第一章的邏輯函數(shù)表示方法及變換中要指導學生完成。

表1 邏輯真值表

圖3 卡諾圖化簡

接下來進入項目法實施的又一重要環(huán)節(jié)，選定合適的典型邏輯門電路實現(xiàn)上述的理論功能。而課程學習也進入了第三章組合邏輯門。教師在引導學生學習基本理論知識的同時，注意引導學生思考所學知識與本項目實現(xiàn)之間的關(guān)系，如一些常用的小規(guī)模集成電路，如反相器（74LS04）、2輸入與非門（74LS00）、3輸入與非門（74LS10）和4輸入與非門（74LS20）等。接著，引導學生根據(jù)所提供的邏輯門器件，轉(zhuǎn)換邏輯關(guān)系并畫出邏輯圖。本項目中輸入輸出邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換過程如式3所示，實現(xiàn)的邏輯圖如圖4所示。

圖4 基于組合邏輯門的電路實現(xiàn)

第四章組合邏輯電路的分析與設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程學習中的一個重點。在這一章學習開始，教師依然可以利用這個項目前期開展的內(nèi)容，引導學生進一步學習。首先通過反向回憶該項目，不僅可以梳理本項目所學知識的脈絡(luò)，還可以引入第四章前兩節(jié)組合邏輯電路的分析與設(shè)計的內(nèi)容學習，將分析與設(shè)計的基本步驟內(nèi)化到學生的設(shè)計技能中。而在典型組合邏輯電路的學習中，該項目又可以一次次地為所學的理論知識找到用武之地。比如，譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、組合可編程邏輯器件PLA等器件的應(yīng)用等。采用譯碼器作為實現(xiàn)器件，需要先對項目所述的輸入輸出關(guān)系進行梳理轉(zhuǎn)換(如式4所示)，然后再配上基本與非門一起完成實現(xiàn)(如圖5所示)?；?選1數(shù)據(jù)選擇器進行實現(xiàn)也不失為一個不錯的主意，首先依據(jù)4選1數(shù)據(jù)選擇器的輸入輸出關(guān)系，轉(zhuǎn)換本項目的輸入輸出關(guān)系(如式5所示)，加上合適的基本邏輯門，可得設(shè)計圖（如圖6所示）。采用組合可編程邏輯器件PLA也可以作為該項目的實現(xiàn)器件，此處不再詳解[6]?？傊?，教師在引導學生進行項目的學習與實施過程中，需謹記學為所用，以用帶動學，不僅可以提高學生對理論知識的學習效果，而且可以大大提高學生對所學理論進行實踐的能力。

圖5 基于138譯碼器的實現(xiàn)

圖6 基于數(shù)據(jù)選擇器的實現(xiàn)

在本項目開展的每一個階段，學生會撰寫PPT進行對所完成的任務(wù)進行匯報，老師會對學生完成項目的情況做點評，學生撰寫項目的總結(jié)報告，包含正確分析項目的設(shè)計過程、解決項目在實施過程遇到的困難以及對過程的體會等。通過項目的實施，提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力[7-8]。

三、結(jié)束語

實踐證明，在數(shù)字電子技術(shù)課程授課中，運用了項目法進行課程教學，有利于培養(yǎng)學生科學素質(zhì)、實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力，以項目為導向?qū)崿F(xiàn)了理論與實踐的緊密結(jié)合，大大提高了學生學習的主動性，有效地提高了課程的教學質(zhì)量。