陳 貞

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080)

《數(shù)字電子電路》課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。《數(shù)字電子電路》課程在傳統(tǒng)教學(xué)中包含理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)部分，理論教學(xué)要求學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本原理和設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生能對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和故障排查。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是針對(duì)理論教學(xué)中的芯片(一般為74系列芯片)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)采用“自下而上”的方式去分析、設(shè)計(jì)和組裝電路。這種實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式有利于加深學(xué)生對(duì)數(shù)字電路基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，但是學(xué)生的設(shè)計(jì)課題內(nèi)容有局限性，設(shè)計(jì)方案雷同，特別是在設(shè)計(jì)過程中電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要大量的芯片進(jìn)行連線時(shí)，學(xué)生查錯(cuò)和糾錯(cuò)比較困難。本文將對(duì)《數(shù)字電子電路》實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問題進(jìn)行分析，并對(duì)此問題探索相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)課題內(nèi)容單一，課程間缺乏有效聯(lián)系

現(xiàn)在的數(shù)字電路的理論教學(xué)一般都是按照數(shù)字電路基礎(chǔ)到組合邏輯電路到觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路，最后是脈沖產(chǎn)生與變換電路和數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器這樣的順序教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)同樣按照這樣的順序，每個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間沒有實(shí)現(xiàn)有效的綜合與銜接，進(jìn)而造成學(xué)生進(jìn)行大型實(shí)驗(yàn)時(shí)很難具備綜合性實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)能力。

1.2 學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力較差，選題缺乏自主性，對(duì)教師依懶性過高

《數(shù)字電子電路》課程一般開設(shè)在大二的第一學(xué)期，在此之前學(xué)生沒有進(jìn)行系統(tǒng)的電類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程只是注重電類理論學(xué)習(xí)，與實(shí)踐脫節(jié)，所以進(jìn)行數(shù)電實(shí)驗(yàn)時(shí)，電路稍微復(fù)雜一點(diǎn)，學(xué)生做不出來，就會(huì)造成畏難情緒，導(dǎo)致學(xué)生積極性不高。

在數(shù)電實(shí)驗(yàn)課題的選擇上，一般由授課教師擬定若干課題，學(xué)生從中選擇。如果教師擬定課題有一定難度，使學(xué)生失去設(shè)計(jì)興趣，過分依賴教師，加重教師的授課負(fù)擔(dān)。

1.3 仿真軟件使用率較低

仿真軟件輔助電路設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了一種必然趨勢(shì)，在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生可以利用EDA仿真軟件進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)。由于現(xiàn)如今很多學(xué)校硬件不足，學(xué)生對(duì)這些軟件了解不足，使這些仿真軟件使用率較低。

2 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索

2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)施過程中要從以往的純驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為分三個(gè)層次，即驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中教師講解和示范實(shí)驗(yàn)方法、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，逐步由學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過程。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中教師給出基本要求，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、確定實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，全程教師指導(dǎo)方案。綜合型實(shí)驗(yàn)中教師給出實(shí)驗(yàn)課題的要求及必要的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的指導(dǎo)，由學(xué)生利用課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、電路仿真后在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)電路組裝與測(cè)試。

按照循序漸進(jìn)、逐漸提高的原則，讓知識(shí)結(jié)構(gòu)上相互銜接，由點(diǎn)及面到系統(tǒng)逐漸深入，壓縮驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的比例，逐步的增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)的比例。

2.2 遞進(jìn)式提升實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能

在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，將學(xué)生3人分為一組，每組分配一個(gè)固定的實(shí)驗(yàn)課題，然后要求學(xué)生從最初的門電路到使用不同的組合邏輯電路芯片來實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生除了掌握各種數(shù)字電路芯片的功能和外特性之外，還要掌握同一個(gè)命題但采用不同的分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的方法，增強(qiáng)學(xué)生分析解決問題的能力和一定的創(chuàng)新意識(shí)。

在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生有一定的動(dòng)手能力，就進(jìn)行設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)施過程中引入項(xiàng)目教學(xué)法，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)具體的實(shí)際電路——數(shù)字鐘電路。數(shù)字鐘電路對(duì)于學(xué)生而言并不陌生，講解時(shí)有很強(qiáng)的代入感，邏輯過程學(xué)生也能很簡(jiǎn)單的理解。

首先教師和學(xué)生根據(jù)實(shí)物進(jìn)行討論，總結(jié)出電路包含三個(gè)部分：振蕩器電路、計(jì)時(shí)電路和顯示電路，具體電路實(shí)現(xiàn)方法如圖1所示，每一個(gè)電路都可用幾種方法實(shí)現(xiàn)。

圖1 數(shù)字鐘電路實(shí)現(xiàn)方法

通過教師和學(xué)生的共同分析討論后，隨著學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入，逐步完善電路功能。具體實(shí)施步驟如下：①完成每個(gè)單元電路的不同實(shí)現(xiàn)方法的電路設(shè)計(jì)； ②根據(jù)學(xué)生的試驗(yàn)情況引導(dǎo)學(xué)生選擇自己擅長(zhǎng)的實(shí)現(xiàn)方法并畫出數(shù)字鐘的邏輯電路圖；③根據(jù)電路圖在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)或者實(shí)驗(yàn)箱搭建電路，并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試；④最后完成實(shí)驗(yàn)后，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

通過這種將實(shí)驗(yàn)分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子任務(wù)并引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成，最后將各子電路聯(lián)級(jí)起來構(gòu)成復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)的方法可以化繁為簡(jiǎn)，學(xué)生易于入手。

2.3 加入仿真軟件的應(yīng)用

仿真軟件現(xiàn)在已經(jīng)成為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，其中EDA 軟件是電子專業(yè)使用較為廣泛的仿真軟件。采用EDA軟件進(jìn)行數(shù)字電路的仿真過程中，不僅使實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)際操作相似，還可方便的進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)方案的比較以及實(shí)驗(yàn)過程的優(yōu)化，提高實(shí)驗(yàn)效率，便于學(xué)生將更多的精力投入到設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)中。由于仿真軟件這種虛擬實(shí)驗(yàn)室不受工作場(chǎng)地、儀器設(shè)備和元器件品種、數(shù)量的限制 ,便于開發(fā)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了很好的互補(bǔ)作用。

3 結(jié)語

本文分析了數(shù)字電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的幾個(gè)問題，并針對(duì)這些問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探索。通過幾年的教學(xué)實(shí)踐，極大的提高了本課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生分析問題和解決問題的能力。