江華麗　張榮輝

摘要：傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)基本依附于課程的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也基本上以配合理論教學(xué)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。因此，必須對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行全面改革，更好地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。本文結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出對數(shù)字電子技術(shù)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革研究，融合專業(yè)中的核心課程進(jìn)行交叉教學(xué)，設(shè)計(jì)具體實(shí)例，分析課程交叉教學(xué)，該改進(jìn)教學(xué)方法有助于學(xué)生更好地掌握知識，拓展學(xué)生知識面，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子；核心課程；交叉教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0165-02

1 引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是電子信息工程專業(yè)和理工科專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)理論課，在電子信息工程專業(yè)課程體系中具有重要的地位。課程的目標(biāo)是使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路的基本工作原理、基本分析方法和基本應(yīng)用技能，使學(xué)生能夠分析、設(shè)計(jì)由各種邏輯門電路、數(shù)字集成電路構(gòu)成的基本電路，并初步具備根據(jù)實(shí)際要求應(yīng)用這些單元電路構(gòu)成簡單數(shù)字電子系統(tǒng)的能力，為專業(yè)課程如《單片機(jī)原理與應(yīng)用》和《EDA技術(shù)》等學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)[1-3]?！稊?shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》課程目的是使學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際制作能力。通過電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試等，培養(yǎng)學(xué)生的初步工程能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上都是配套教材進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)方法按部就班，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不能發(fā)揮主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)效果不佳，因此需要改進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，提高學(xué)生動(dòng)手能力。

2 電子核心課程體系

以電子信息工程專業(yè)為例分析，學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)需要結(jié)合已學(xué)習(xí)過的《電路分析基礎(chǔ)》和《模擬電子線路》等進(jìn)行課程之間的聯(lián)系，構(gòu)建綜合的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念[4-7]。在保證基本概念、基本原理和基本方法的前提下，用數(shù)字的邏輯概念，從邏輯門的學(xué)習(xí)，逐漸引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行分析數(shù)字邏輯電路的功能，到如何設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路，如何將模擬電路和數(shù)字電路進(jìn)行結(jié)合。在教學(xué)計(jì)劃安排上，將數(shù)字邏輯電路知識放在模擬電路之后，半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)主要是在模擬電路部分，模擬電路部分詳細(xì)介紹半導(dǎo)體器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在數(shù)字電路部分則主要介紹半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用及用半導(dǎo)體器件組成各種邏輯門。電子信息專業(yè)課程中的核心課程為《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子線路》、《電路分析基礎(chǔ)》、《C語言程序設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)技術(shù)》、《高頻電子線路》、《嵌入式系統(tǒng)》等課程，根據(jù)各門課程要求分析，課程之間存在緊密聯(lián)系，其中硬件電路包含《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子線路》、《電路分析基礎(chǔ)》、《單片機(jī)技術(shù)》、《高頻電子線路》、《嵌入式系統(tǒng)》，這幾門課程關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，在教學(xué)中可以進(jìn)行融合教學(xué)。例如三極管器件的學(xué)習(xí)，在模擬電路和數(shù)字電路里都是主要的器件，不同課程中的側(cè)重點(diǎn)不同，三極管在模擬電路中主要起放大作用，處理模擬信號，而在數(shù)字電路中則用于設(shè)計(jì)邏輯各種邏輯門，構(gòu)成不同的邏輯芯片。在教學(xué)中可以用具體實(shí)例分析課程之間的相關(guān)性，有利于學(xué)生更好掌握理論知識[8]。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)例

3.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)與分析

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)重在“引導(dǎo)”。通常做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，以教師講解、輔導(dǎo)為主，學(xué)生按照教師的安排步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，始終處于被動(dòng)地位，不利用培養(yǎng)學(xué)生的能力。教師應(yīng)有意識的改變這種方式，給學(xué)生留有獨(dú)立思考的空間，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識自己去解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，鼓勵(lì)學(xué)生相互討論。

案例1：設(shè)計(jì)全加器電路。

分析：該實(shí)驗(yàn)屬于數(shù)字電子技術(shù)中的組合邏輯電路部分，實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生掌握全加器的概念，理解全加器和半加器的區(qū)別。全加器是能夠計(jì)算低位進(jìn)位的二進(jìn)制加法電路。與半加器相比，全加器不只考慮本位計(jì)算結(jié)果是否有進(jìn)位，也考慮低一位對本位的進(jìn)位，可以把多個(gè)一位全加器級聯(lián)后做成多位全加器。教師在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)可以讓學(xué)生自由發(fā)揮，不局限于本章節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)，可用不同章節(jié)方法設(shè)計(jì)出同樣的效果，也可以跨課程交叉方法設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)舉以下兩種方法，方法1設(shè)計(jì)全加器電路，理論知識是固定的，但是設(shè)計(jì)過程是靈活的，輸出端Si和Ci的邏輯表達(dá)式學(xué)生可以自由化簡，每個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)的電路圖可以不同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多不同的問題，例如芯片懸空端處理，芯片管腳不同，電路的復(fù)雜程度等，在設(shè)計(jì)過程中提出問題，對比各種方法的電路圖復(fù)雜程度，理解實(shí)現(xiàn)最簡電路圖的實(shí)質(zhì)。方法2用集成芯片實(shí)現(xiàn)全加器，學(xué)生首先要掌握選擇器的概念，掌握如何確定選擇器的數(shù)據(jù)端信號。這兩種方法是不同章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生可主動(dòng)學(xué)習(xí)，用不同章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行融合設(shè)計(jì)。

方法1：假設(shè)全加器有三個(gè)輸入端Ai、Bi、Ci-1，二個(gè)輸出端Si、Ci，其真值表如表1所示。其中Ai、Bi分別是被加數(shù)、加數(shù)，Ci-1是低位進(jìn)位，Si為本位全加器和，Ci為本位向高位的進(jìn)位。

由真值表可分別寫出輸出端Si和Ci的邏輯表達(dá)式：

邏輯電路圖如圖1所示。

方法2：用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153及74LS00與非門實(shí)現(xiàn)一位全加器。假設(shè)全加器中Ai為被加數(shù)，Bi為加數(shù)，相鄰低位來的進(jìn)位數(shù)為Ci-1，輸出本位和為Si。向相鄰高位進(jìn)位數(shù)為Ci，實(shí)際電路圖如圖2所示。

3.2 綜合性實(shí)驗(yàn)案列設(shè)計(jì)與分析

課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)具有實(shí)用性、綜合性、先進(jìn)性。結(jié)合本課程課時(shí)安排、學(xué)生基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)條件，有計(jì)劃的更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)向綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換，特別在應(yīng)用模塊部分開展與專業(yè)背景相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生感覺課程的作用和意義，以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。除了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革需增加綜合實(shí)驗(yàn)部分。增加綜合實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)電路，為學(xué)生提供器件，提高動(dòng)手能力，而不只是基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)。

案例2：設(shè)計(jì)流水燈實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)8位LED流水燈的電路，燈從左向右流動(dòng)，到達(dá)最右側(cè)后，返回流動(dòng)，如此循環(huán)。

分析：該設(shè)計(jì)屬于綜合實(shí)驗(yàn)部分，流水燈實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)在模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中是個(gè)很典型的例子。在數(shù)字電子技術(shù)中要實(shí)現(xiàn)流水燈實(shí)驗(yàn)，可以根據(jù)移位寄存器和觸發(fā)器、定時(shí)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，課程沒有明確的電路圖提供學(xué)生參考，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革嘗試，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。該流水燈設(shè)計(jì)舉以下兩種方法，方法1用定時(shí)器和移位寄存器設(shè)計(jì)，燈左移、右移的控制，用D觸發(fā)器的Q與輸出端連接移位寄存器的左移、右移控制端，利用其異步置1與置0的功能，進(jìn)行自動(dòng)控制。方法2用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)8位LED燈的流動(dòng)顯示，用單片機(jī)和C語言程序?qū)α魉疅暨M(jìn)行自動(dòng)控制。兩種方法屬于兩門課程，在教學(xué)中可以指導(dǎo)學(xué)生用自己所學(xué)過的知識去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。

方法1：用555定時(shí)器和兩片CD40194/74LS194移位寄存器實(shí)現(xiàn)8位LED燈的流動(dòng)顯示。

方法2：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)接在 P0口的8個(gè)LED從左到右循環(huán)依次點(diǎn)亮。（如圖3所示）。

4 結(jié)語

本文在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)中分析數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，除了教學(xué)內(nèi)容的改革，可開放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供更多實(shí)踐的機(jī)會(huì)。通過組織各類科技活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件，學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，自由選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，選做實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)、調(diào)試、完成。當(dāng)然，教師也要做一些必要的指導(dǎo)，這樣可以使學(xué)生得到更好的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作和獨(dú)立分析解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]江華麗.數(shù)字電子技術(shù)[M].天津科技技術(shù)出版社，2018.

[2]江華麗，馮志斌.數(shù)電和模電課程教改研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，5（20）：128-129.

[3]江華麗，王平，馮志斌，張榮輝.基于Zigbee應(yīng)用的技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用壇，2016，25（2）：272-277.

[4]梁麗.構(gòu)建分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（1）：217-219.

[5]黃大明，秦鋼年，楊春蘭，等.提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng)功能適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（6）：126-129.

[6]邱東，白文峰，李巖.工科高校大學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的認(rèn)識與思考[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（10）：238-241.

[7]鄭征，李偉偉.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系提升工科大學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（7）：195-198.

[8]方林.構(gòu)建實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，培養(yǎng)應(yīng)用型高級技術(shù)人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（1）：145-147.