梁承權(quán)　呂德深　張穎　左仁合

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)；簡(jiǎn)易交通燈；數(shù)字電子技術(shù)課程

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）10-0148-03

1 引言

數(shù)字電子技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，絕大多數(shù)理科、工科專業(yè)的高校都開(kāi)設(shè)這門(mén)課程，在專業(yè)課程體系中占據(jù)非常重要的地位，很多高校的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)采用了理論課與實(shí)驗(yàn)課分別講授的方法進(jìn)行[1]。筆者在教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論教學(xué)不感興趣，而實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)比較感興趣，于是對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)施進(jìn)行探究與改革[2]。

在教學(xué)中教師應(yīng)該以課程內(nèi)容為基本，以專業(yè)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際應(yīng)用為目的，以典型的基于工作過(guò)程的項(xiàng)目為載體，以教、學(xué)、做一體化為訓(xùn)練模式，把學(xué)生的學(xué)與用作為教學(xué)過(guò)程的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，綻放學(xué)生的創(chuàng)新成果[3]。引入實(shí)用性較強(qiáng)的基本電路，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用；介紹趣味性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)電路，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[4]。因此，筆者認(rèn)為項(xiàng)目教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)是找準(zhǔn)切合教學(xué)內(nèi)容的項(xiàng)目、教學(xué)實(shí)施方法得當(dāng)。

數(shù)字電子技術(shù)課程共72個(gè)課時(shí)，采用了項(xiàng)目教學(xué)法[5]，主要實(shí)施八個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目分別是：項(xiàng)目一，三人表決器電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目二，多人搶答器電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目三，數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目四，計(jì)數(shù)分頻電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目五，觸摸式防盜報(bào)警電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目六，555簡(jiǎn)易交通燈電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目七，溫度檢測(cè)報(bào)警電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)；項(xiàng)目八，洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)[6]。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中將基本邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖發(fā)生器等重要內(nèi)容融入各個(gè)項(xiàng)目之中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，將會(huì)達(dá)到很好的教學(xué)效果[7]。下面將以555簡(jiǎn)易交通燈電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)為例，展示該項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程。

2 555 簡(jiǎn)易交通燈教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 課程導(dǎo)入

2.1.1 復(fù)習(xí)舊知識(shí)

通過(guò)日常生活中十字路口交通燈實(shí)例讓學(xué)生思考交通燈運(yùn)行的情況，教師提出如何利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易交通燈。意在復(fù)習(xí)以下前面學(xué)過(guò)的內(nèi)容：1）開(kāi)關(guān)二極管組成與門(mén)、或門(mén)電路的方法；2）D觸發(fā)器的應(yīng)用（實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)電路的方法）；3）CD4017計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)方法。

2.1.2 新知識(shí)引入

展示現(xiàn)有的交通燈模型，基本模型如圖1所示。模型中共有12個(gè)LED燈D1～D12，向東方向的紅綠黃燈與向西方向的紅綠黃燈對(duì)應(yīng)，并同時(shí)亮滅；向南方向的紅綠黃燈與向北方向的紅綠黃燈對(duì)應(yīng)，并同時(shí)亮滅。交通燈模型與現(xiàn)實(shí)中交通燈類似的情景，學(xué)生容易與現(xiàn)實(shí)中的交通燈結(jié)合起來(lái)。通過(guò)交通燈模型展示，讓學(xué)生對(duì)本項(xiàng)目的內(nèi)容和目標(biāo)有明確的認(rèn)識(shí)：1）通過(guò)交通燈項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，掌握555組成無(wú)穩(wěn)態(tài)（多諧振蕩器）電路的設(shè)計(jì)方法；2）通過(guò)交通燈項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，掌握555組成單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計(jì)方法；3）通過(guò)交通燈項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，掌握555組成雙穩(wěn)態(tài)電路的方法；4）舊知識(shí)的鞏固——開(kāi)關(guān)二極管組成與門(mén)電路、CD4017計(jì)數(shù)器電路。

2.2 知識(shí)點(diǎn)講解

2.2.1 簡(jiǎn)易交通燈的構(gòu)成

555簡(jiǎn)易交通燈由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路、計(jì)數(shù)器電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、與門(mén)電路和交通紅綠燈構(gòu)成，并講述結(jié)構(gòu)框圖中各個(gè)部件的作用。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路為系統(tǒng)提供“1 秒”的信號(hào)，使得交通燈系統(tǒng)按秒進(jìn)行計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器電路對(duì)“1 秒”進(jìn)行計(jì)數(shù)，并控制在不同的時(shí)間輸出不同的電平，進(jìn)而控制雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、與門(mén)電路等；雙穩(wěn)態(tài)電路控制交通燈紅綠燈切換；單穩(wěn)態(tài)電路控制黃燈產(chǎn)生閃爍的效果；計(jì)數(shù)器電路產(chǎn)生的信號(hào)控制與門(mén)電路，進(jìn)而控制黃燈維持的時(shí)間。

2.2.2 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及其邏輯功能

1）555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)；2）555定時(shí)器的邏輯功能。

2.2.3 無(wú)穩(wěn)態(tài)電路

1）時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送電路與無(wú)

穩(wěn)態(tài)電路聯(lián)系；2）無(wú)穩(wěn)態(tài)電路的概念；3）用555組成無(wú)穩(wěn)態(tài)電路；4）電路工作原理。

2.2.4 單穩(wěn)態(tài)電路

1）單穩(wěn)態(tài)電路的概念；2）用555組成單穩(wěn)態(tài)電路；3）電路工作原理；4）使用時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

2.2.5 雙穩(wěn)態(tài)電路

1）雙穩(wěn)態(tài)電路的概念；2）用555組成雙穩(wěn)態(tài)電路；3）電路工作原理；4）使用時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

2.2.6 舊知識(shí)的融入

1）紅綠燈的驅(qū)動(dòng)電路；2）使用開(kāi)關(guān)二極管構(gòu)成與門(mén)電路；3）使用開(kāi)關(guān)二極管構(gòu)成或門(mén)電路；4）CD4017 計(jì)數(shù)器電路。

2.3 學(xué)生實(shí)踐操作

學(xué)生實(shí)踐操作時(shí)按一個(gè)一個(gè)子項(xiàng)目逐個(gè)子項(xiàng)目完成，555簡(jiǎn)易交通燈的子項(xiàng)目分別是：1）基于555的無(wú)穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證，完成電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其功能；2）基于555的單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證，完成電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其功能；3）基于555的雙穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證，完成電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其功能；4）與門(mén)電路、CD4017計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證，完成電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其功能。

2.4 知識(shí)深化

分析操作中存在的問(wèn)題及解決的方案；歸納555 各個(gè)穩(wěn)態(tài)工作的條件；555無(wú)穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)各個(gè)電路中波形變化。

2.5 進(jìn)行proteus仿真驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)完成圖3所示的仿真電路圖，并在proteus中驗(yàn)證結(jié)果。

2.6 總結(jié)點(diǎn)評(píng)

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中以小組形式完成，每個(gè)小組2～3 位學(xué)生，設(shè)計(jì)成果以小組形式展示，并根據(jù)表1所示的考核項(xiàng)目表進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

2.7 任務(wù)拓展

1）應(yīng)用所學(xué)的計(jì)數(shù)器知識(shí)如何實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示？（提示用舊知識(shí)74LS192和CD4511）

2）如何根據(jù)人流量、車流量改變紅綠燈的時(shí)間和緊急情況？（提示用數(shù)字電路、傳感器和單片機(jī)結(jié)合控制更智能）

3）如果本項(xiàng)目的簡(jiǎn)易交通燈作為實(shí)用新型專利該如何進(jìn)行創(chuàng)新？（舉例子說(shuō)明創(chuàng)新點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展第二課堂的發(fā)明創(chuàng)造）3 項(xiàng)目式教學(xué)法教學(xué)反思數(shù)字電子技術(shù)課程采用項(xiàng)目式教學(xué)法，以學(xué)生為中心，側(cè)重學(xué)生的“學(xué)”，教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)中主要起引導(dǎo)的作用[8]。項(xiàng)目式教學(xué)法在項(xiàng)目實(shí)施中存在許多成功之處，當(dāng)然也有不足。

3.1成功之處

以項(xiàng)目作為教學(xué)內(nèi)容的切入點(diǎn)，將課堂理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融于同一教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)更加感興趣，更加認(rèn)真，教學(xué)效果較好。

3.2不足之處

前期實(shí)施起來(lái)較困難，掌控教學(xué)進(jìn)度較難；前期耗材使用較多，無(wú)法預(yù)料到項(xiàng)目需要的耗材較多，后面的部分項(xiàng)目只能多人一起完成一個(gè)作品。

4 數(shù)字電子技術(shù)課程改革階段性成果

通過(guò)數(shù)字電子技術(shù)課程項(xiàng)目式教學(xué)的改革，以現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展延伸，鼓勵(lì)學(xué)生多參與課外項(xiàng)目。2019年～2022年，南寧學(xué)院智能制造學(xué)院學(xué)生參加了各式各樣的大學(xué)生比賽。其中，我院學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽、廣西高校創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作大賽中，都取得不錯(cuò)成績(jī)，這些成績(jī)位列廣西前茅。南寧學(xué)院智能制造學(xué)院學(xué)生近三年成績(jī)?nèi)绫?所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)幾年對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程改革與探索，將多個(gè)項(xiàng)目融入課堂中，采用項(xiàng)目式教學(xué)方法將教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合。學(xué)生在課程項(xiàng)目學(xué)到理論知識(shí)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能提高學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)踐能力。