于建，劉博

（河北民族師范學(xué)院物理系，河北承德067000）

“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究

于建，劉博

（河北民族師范學(xué)院物理系，河北承德067000）

本文在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、綜合性實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)資源分配的固化，考核形式單一等現(xiàn)狀，提出從實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)安排、實(shí)驗(yàn)資源的重新分配、豐富考核方式三方面對數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)改革，使得學(xué)生能夠?qū)⒄n堂理論知識應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，進(jìn)而提升其實(shí)驗(yàn)技能，達(dá)到本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)。

數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)；教學(xué)現(xiàn)狀；教學(xué)改革

1　引言

“數(shù)字邏輯電路”是電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。能夠熟練掌握電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法，將為數(shù)字計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字系統(tǒng)的硬件分析和設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為“數(shù)字邏輯電路”配套的實(shí)驗(yàn)課程，要求學(xué)生掌握邏輯代數(shù)基礎(chǔ)和運(yùn)算法則，掌握TTL、CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠熟練掌握數(shù)字電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。了解和掌握常用的小規(guī)模和中規(guī)模集成數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)和引腳分布情況。了解可編程邏輯器件的種類和工作原理。了解數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的工作原理等[1]。該實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容繁多，知識面廣，綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)，對于基礎(chǔ)知識要求高，要使學(xué)生充分掌握各個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，從而掌握“數(shù)字邏輯電路”課程對應(yīng)內(nèi)容，存在著一定難度。如何組織本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的能力，就成為實(shí)驗(yàn)課教師研究的重要內(nèi)容。本文從課程的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合我校應(yīng)用型的辦學(xué)特點(diǎn)，開展本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革探索。

2　教學(xué)現(xiàn)狀分析

“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)是把課堂的理論知識與實(shí)際動手相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，最終達(dá)到掌握數(shù)字邏輯系統(tǒng)的分析與綜合的基本方法，在掌握基本的數(shù)字電路知識的同時(shí)，能夠設(shè)計(jì)一些復(fù)雜的數(shù)字邏輯系統(tǒng)[2]。但是在目前的教學(xué)過程中，存在如下的問題，影響了教學(xué)質(zhì)量以及教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.1實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)的安排上，驗(yàn)證性、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)涉及較多，而綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少。目前的“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)大部分課時(shí)主要集中在前面章節(jié)的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，留給后面的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，這樣影響了學(xué)生主動設(shè)計(jì)電路的能力及創(chuàng)新意識，在教學(xué)過程中慢慢導(dǎo)致學(xué)生被動完成實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，喪失學(xué)習(xí)的興趣，影響了對“數(shù)字邏輯電路”課程的掌握。

2.2實(shí)驗(yàn)資源分配的固化。目前本實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)資源都是通過實(shí)驗(yàn)課教師的申請進(jìn)行采購，而實(shí)驗(yàn)課教師也會依據(jù)所開展的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容進(jìn)行針對性購買。這樣的資源定向性使用，影響了學(xué)生對于各種芯片、實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所用到的元器件的詳細(xì)參數(shù)功能的了解，與實(shí)際工程產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)要求、元器件選擇的性價(jià)比方面相去甚遠(yuǎn)。

2.3考核方式單一。目前對于本實(shí)驗(yàn)課程的考核一般集中在學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室動手實(shí)驗(yàn)的完成情況、時(shí)間分配、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況，而且實(shí)驗(yàn)成績一般情況是不計(jì)入對應(yīng)課程期末成績的，是通過實(shí)驗(yàn)課教師對學(xué)生平時(shí)的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行給分。這樣的考核方式，并不能反映出學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情況和對實(shí)驗(yàn)的掌握程度。

3　教學(xué)改革實(shí)踐

面對“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，只有充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，才能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字邏輯電路的綜合分析與設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。在教學(xué)過程中，嘗試重新安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、合理分配實(shí)驗(yàn)資源、豐富考核方式等幾個(gè)方面調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使學(xué)生深入了解本實(shí)驗(yàn)課程。

3.1教學(xué)內(nèi)容重新分配

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、門電路實(shí)驗(yàn)、組合邏輯電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、觸發(fā)器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、時(shí)序邏輯電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、555定時(shí)器基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、可編程邏輯器件基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、以及數(shù)字邏輯電路綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[3]。實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)安排，以我校為例，整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共計(jì)22學(xué)時(shí)，目前的課時(shí)分配分為：前面涉及到的驗(yàn)證性、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)占到16個(gè)學(xué)時(shí)，而數(shù)字邏輯電路的綜合性實(shí)驗(yàn)只占到6個(gè)學(xué)時(shí)。

為了合理安排實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比例，提出利用Multisim軟件來進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，Multisim軟件是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。由于Multisim軟件的易上手性，將基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都在此軟件平臺完成(減少課時(shí)占用)，而后期與實(shí)際工程結(jié)合緊密的綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)則結(jié)合Multisim軟件在硬件平臺完成(培養(yǎng)學(xué)生對課程的直觀感受)。在實(shí)踐教學(xué)過程中，縮短了基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占有課時(shí)的比例，提高了后期綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所占的課時(shí)比例。具體分配比例如下餅圖：進(jìn)行項(xiàng)目所要求的芯片及相關(guān)器材的購買，從購買過程中，與設(shè)計(jì)相結(jié)合，了解購買的元器件的參數(shù)是否與設(shè)計(jì)要求相符，更加貼近工程實(shí)際，從而得到更合理的設(shè)計(jì)。另外，提供部分資金作為獎(jiǎng)勵(lì)資金，以鼓勵(lì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上提供出性價(jià)比最高方案的實(shí)驗(yàn)小組，調(diào)動學(xué)生對于數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的積極性。

3.3豐富考核方式

以我校為例，以往的實(shí)驗(yàn)課程的成績是不計(jì)入相關(guān)專業(yè)課期末考試成績的，并且只作為考查內(nèi)容。本教學(xué)改革小組提出將實(shí)驗(yàn)成績劃入“數(shù)字邏輯電路”課程的期末考試成績，不再單獨(dú)作為一門成績出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)成績占課程期末總成績的20%。

而且，將實(shí)驗(yàn)成績的組成部分進(jìn)行修改，不僅僅依賴于實(shí)驗(yàn)課堂的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況；將學(xué)生定期的實(shí)驗(yàn)體會、以及所參與的項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告也作為考核的內(nèi)容。同時(shí)，定期進(jìn)行電子設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)賽，基于Multisim軟件平臺，完成各種基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仿真，以此測試學(xué)生對實(shí)驗(yàn)軟件平臺的掌握情況，將仿真結(jié)果和完成時(shí)間作為評分標(biāo)準(zhǔn)。

圖2　實(shí)驗(yàn)考核成績組成

圖1　實(shí)際實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配圖

3.2實(shí)驗(yàn)資源多元化分配

目前，實(shí)驗(yàn)資源都是實(shí)驗(yàn)教師分配使用的，這樣的結(jié)果導(dǎo)致在進(jìn)行后期綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生幾乎不參與任何設(shè)計(jì)需要的相關(guān)原件的采購，對器件參數(shù)與工作原理無法真正深入了解?；谶@種情況，提出將實(shí)驗(yàn)資源做出重新分配:一方面實(shí)驗(yàn)課教師將資源用于軟、硬件平臺的建設(shè)，另一方面將部分資源資金平均分配給各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組負(fù)責(zé)人，通過給出設(shè)計(jì)題目，完成設(shè)計(jì)的項(xiàng)目要求，讓各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組

4　結(jié)語

本教學(xué)改革小組根據(jù)目前“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)課程所存在的問題，通過實(shí)驗(yàn)課程重新分配、資源多元化分配、以及豐富考核方式等手段開展教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性。提高了“數(shù)字邏輯電路”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，同時(shí)加深了學(xué)生對此專業(yè)課程的了解。

[1]孫紹榮.高等教育方法概論[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2010.

[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

G642.0

A

2095-3763（2015）02-0014-02

2014-07-15

于建（1979-），男，滿族，河北承德人，河北民族師范學(xué)院物理系講師，碩士，研究方向?yàn)檎Z音與圖像處理。