數(shù)字電路課堂中培養(yǎng)學生思維能力探討

王 琰

摘 要:學生在校期間學習的知識遠遠不能滿足社會的需要,只有引導學生學會思考、學會學習,培養(yǎng)學生的思維能力,才能適應社會日趨激烈的競爭環(huán)境。在數(shù)字電路教學過程中,創(chuàng)設(shè)由淺入深、循序漸進的問題情景,和學生一起對出現(xiàn)的問題進行討論分析,引起學生的好奇和思考,進而達到培養(yǎng)學生思維能力的目的。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電路 課堂 培養(yǎng) 思維能力

學生的學習過程與教師的教學過程是密切相關(guān)的。在教學過程中,教師應時刻關(guān)注學生的心理,掌握高等職業(yè)院校學生的心理特點,設(shè)計出符合學生實際的教學過程,引導學生學會思考、學會學習,培養(yǎng)學生良好的思維能力,適應社會日趨激烈的競爭環(huán)境。

思維能力的培養(yǎng)應通過有意識地教學來加以訓練,通過學生不斷地練習轉(zhuǎn)化為學生的思維能力。

數(shù)字電路這門課,是電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課之一,觸發(fā)器是時序邏輯電路的基礎(chǔ)。以觸發(fā)器為例,通過創(chuàng)設(shè)問題,共同討論分析問題,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的方法,繼而提高學生的思維能力。

問題一:怎樣才能使電路具有記憶功能?

討論分析:在數(shù)字系統(tǒng)中,不僅要對數(shù)字信號進行算術(shù)運算和邏輯運算,而且還要將運算結(jié)果保存起來,這就需要具有記憶功能的邏輯單元,能夠存儲一位二進制數(shù)字信號的基本邏輯單元電路稱為觸發(fā)器。

要滿足電路具有記憶功能的條件,輸入端要與輸出端有一定的聯(lián)系,把輸出端引入到輸入端即引入反饋。引入反饋后,電路在任何一個時刻的輸出狀態(tài)不僅取決于這一時刻的輸入信號,而且還取決于電路的原來輸出狀態(tài)也就是現(xiàn)態(tài),其輸出的狀態(tài)就是新狀態(tài)也就是次態(tài)。

解決問題的電路:基本RS觸發(fā)器

問題二:通過分析基本RS觸發(fā)器可知,基本RS觸發(fā)器存在兩個問題,一個是在輸入端如有干擾信號時,觸發(fā)器就有可能發(fā)生翻轉(zhuǎn),這種電路抗干擾能力差;另一個是存在約束條件R和S不能同時為零。如何解決這些問題?電路如何改進?

討論分析:要消除干擾信號的影響,在模擬電路中,一般是用電容進行濾波等措施。在數(shù)字電路中不太適用。觸發(fā)器是邏輯記憶的基本單元,如果在需要翻轉(zhuǎn)時,才在輸入端加入觸發(fā)信號;不需要翻轉(zhuǎn)時,把觸發(fā)器輸入端封閉,在時間上對觸發(fā)器進行控制,這樣就能提高抗干擾能力。

基本RS觸發(fā)器另一個問題就是有約束條件,觸發(fā)器的兩個輸入端不能同時為零。解決這個問題,就是怎樣使觸發(fā)器的兩個輸入端不同時為零。根據(jù)以前學的知識,兩個輸入端,如果將一個輸入端直接接到觸發(fā)器,這一端加一反向器接到觸發(fā)器的另一端,觸發(fā)器由兩個輸入端變?yōu)橐粋€輸入端,解除約束條件。

解決問題的電路:同步RS觸發(fā)器,抗干擾能力有所提高,但還存在約束條件,同步D觸發(fā)器、同步JK觸發(fā)器,不但抗干擾能力提高了,而且沒有約束條件。

問題三:分析同步觸發(fā)器可知,同步觸發(fā)器從時間上對觸發(fā)器進行了控制,減少了干擾信號引起的觸發(fā)器的錯誤動作,電路得到了一定的改進。但是,如果在時鐘脈沖CP為高電平(或者低電平)期間,輸入信號發(fā)生多次變化,或者有干擾信號,其輸出狀態(tài)也會相應發(fā)生多次變化,引起觸發(fā)器的錯誤動作。那么,電路能否再進行改進來克服這種狀況呢?

討論分析:同步觸發(fā)器是用時間段來控制觸發(fā)器,根據(jù)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和功能,只有在觸發(fā)時間(CP脈沖的寬度)上做文章。怎樣縮短時鐘脈沖的寬度,時鐘脈沖的寬度不可能很窄,時鐘脈沖發(fā)生電路做不到,是否對觸發(fā)器電路進行改進,能否在時鐘脈沖的上升沿或者下降沿到來的那一時刻,觸發(fā)器才接受觸發(fā)信號,使觸發(fā)器按要求進行工作,在其他時間內(nèi),觸發(fā)器的狀態(tài)不會發(fā)生變化。這是可以做到的。經(jīng)過改造后的觸發(fā)器就是邊沿觸發(fā)器。

為了更進一步提高觸發(fā)器的抗干擾能力,引進了維持線、阻塞線。維持線的作用就是觸發(fā)器維持原來狀態(tài)不變,阻塞線的作用就是阻止觸發(fā)器向其他狀態(tài)改變,保證觸發(fā)器不發(fā)生錯誤動作。在脈沖上升沿或下降沿到來時維持線、阻塞線作用消失,觸發(fā)器在觸發(fā)信號的作用下發(fā)生動作,脈沖邊沿過后,維持線、阻塞線又起作用,提高觸發(fā)器的工作穩(wěn)定性。

解決問題的電路:邊沿JK觸發(fā)器、T和T'觸發(fā)器、維持阻塞D觸發(fā)器等。

觸發(fā)器是具有記憶功能的邏輯單元,是能夠存儲一位二進制數(shù)字信號的基本邏輯單元電路。那么觸發(fā)器有怎樣的用途呢?

由三個RS觸發(fā)器、三個與非門和三個發(fā)光二極管可以構(gòu)成三人搶答器。三個開關(guān)不論哪個先按下,其他兩個開關(guān)就被封鎖,被按下開關(guān)的那一路發(fā)光二極管發(fā)光,其他不發(fā)光,也可以加上聲音,完成搶答功能。

用D觸發(fā)器可以組成分頻電路,還可以組成寄存器、計數(shù)器等,觸發(fā)器在實際生活中用途廣泛,是時序邏輯電路的基礎(chǔ)。

因此,創(chuàng)設(shè)這樣的由淺入深、循序漸進的問題情景,引起學生的好奇與思考,結(jié)合完成實用性的設(shè)計,既系統(tǒng)又直觀,既生動又形象,是激發(fā)學生學習興趣和求知欲的有效方法和手段。對于高職學生來說,更能提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,學生在步入社會后,具有利用所學知識進行技術(shù)革新的能力。

總之,探索有利于發(fā)展思維能力的教學方法,給學生創(chuàng)設(shè)生動活潑、發(fā)人深思的問題情境,在教學過程中經(jīng)常使學生思維處于激活狀態(tài),能最大限度地調(diào)動學生學習的積極性,能夠很好地培養(yǎng)學生的思維能力。

參考文獻

1.楊志忠,衛(wèi)樺林.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2003

2.盧慶林.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005

3.徐旻.電子基礎(chǔ)與技能[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006 ■