“數(shù)字電路”課程教學(xué)之探索

紀(jì)萃萃

摘要:本文針對(duì)高職學(xué)生自身基礎(chǔ)薄弱的特點(diǎn),介紹了在高職院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)字電路教學(xué)過程中,堅(jiān)持以學(xué)生為本,對(duì)特定的教學(xué)方法,教學(xué)手段的探索和實(shí)踐,為更好地開展高職高專教學(xué)提供了新思路。

關(guān)鍵詞:以學(xué)生為本;形象化教學(xué);師生互動(dòng)

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

1引言

“數(shù)字電路”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,然而由于課程的特點(diǎn)以及高職學(xué)生自身基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的特點(diǎn),很多同學(xué)認(rèn)為數(shù)字電路比較枯燥且難理解,從一開始就對(duì)這門課沒有信心,因而也就學(xué)不好該課程。因此教師在講授該課程時(shí),應(yīng)充分考慮學(xué)生自身特點(diǎn),因材施教。

針對(duì)這一現(xiàn)實(shí),首先在教材選用上,我校選用了清華大學(xué)電子學(xué)教研組編寫的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程》第二版。該教材簡(jiǎn)明扼要,深入淺出,思路清晰,便于學(xué)生首先從感性上接受。其次,對(duì)整本教材的特點(diǎn)進(jìn)行了分析,給出整本書的一個(gè)脈絡(luò)。第一章為這門課程的基礎(chǔ),第二章為第三章的基礎(chǔ),第四章為第五章的基礎(chǔ),重點(diǎn)內(nèi)容為第三章和第五章。

2教學(xué)理念

在教學(xué)過程中,我們首先堅(jiān)持“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念。“教”的目的是讓學(xué)生“學(xué)”,重點(diǎn)在于學(xué)生學(xué)的效果如何。堅(jiān)持以學(xué)生為本,首先要分析學(xué)生特點(diǎn),選取適當(dāng)教材,采用適合學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方法,最重要的是建立和諧的課堂教學(xué)。通過設(shè)計(jì)和諧的教學(xué)課堂,創(chuàng)造和諧的教學(xué)氛圍,提供和諧的成長(zhǎng)環(huán)境,使教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”更加和諧。

3教學(xué)方法

人的認(rèn)識(shí)規(guī)律,總是由淺入深,由表及里,由具體到抽象,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。教學(xué)活動(dòng)是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下對(duì)新知識(shí)的一種認(rèn)識(shí)活動(dòng),必須遵循人的認(rèn)識(shí)規(guī)律進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。

3.1由簡(jiǎn)入難,善于總結(jié)

教學(xué)活動(dòng)要按照由簡(jiǎn)入難的層次設(shè)計(jì)。為適應(yīng)學(xué)生認(rèn)識(shí)水平的差異,根據(jù)人的認(rèn)識(shí)規(guī)律,把學(xué)生的認(rèn)識(shí)活動(dòng)分為不同的階段,在不同階段完成適應(yīng)認(rèn)識(shí)水平的教學(xué)任務(wù),通過逐步遞進(jìn),使學(xué)生在較高層次上把握所學(xué)知識(shí)。

學(xué)習(xí)數(shù)字電路,首先學(xué)習(xí)最基本的邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí),為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路打基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)組合電路前,先認(rèn)識(shí)組合電路的基本單元——門電路,為組合電路的分析和設(shè)計(jì)打基礎(chǔ);學(xué)習(xí)時(shí)序電路前,先認(rèn)識(shí)時(shí)序邏輯電路的基本單元——觸發(fā)器,為時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。

第一章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí),從學(xué)生最熟知的十進(jìn)制數(shù)講到簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù),再學(xué)習(xí)八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù),然后對(duì)幾種數(shù)制進(jìn)行對(duì)比,最后講解進(jìn)制間相互轉(zhuǎn)換。這些簡(jiǎn)單知識(shí)既是后續(xù)知識(shí)的基礎(chǔ),更是為了給學(xué)生一個(gè)較低的門檻,樹立起學(xué)好這門課程的信心。布置課后作業(yè)也采用同樣策略,有簡(jiǎn)有難,由簡(jiǎn)入難,目的是給學(xué)生樹立信心。

第四章觸發(fā)器的內(nèi)容安排也如此,按照電路結(jié)構(gòu)的不同,將觸發(fā)器分為基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器,一類觸發(fā)器為一節(jié)。首先講授最基本的RS觸發(fā)器,由于電路較為簡(jiǎn)單,通過詳細(xì)講解較容易掌握;再在基本RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上,加上時(shí)鐘脈沖和兩個(gè)與非控制門,構(gòu)成同步RS觸發(fā)器;接著在同步RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上,將R、S兩個(gè)輸入端都接同一信號(hào)D就構(gòu)成了同步D觸發(fā)器;兩個(gè)同步RS觸發(fā)器相連,同時(shí)將互補(bǔ)信號(hào) 和 作為時(shí)鐘脈沖分別提供給兩個(gè)同步RS觸發(fā)器,就構(gòu)成了主從RS觸發(fā)器;兩個(gè)同步的D觸發(fā)器相連,同時(shí)將互補(bǔ)的信號(hào) 和 作為時(shí)鐘脈沖分別提供給兩個(gè)同步D觸發(fā)器,構(gòu)成邊沿D觸發(fā)器。因此在結(jié)構(gòu)上各觸發(fā)器是一脈相承的,電路結(jié)構(gòu)決定電路功能。所有觸發(fā)器都按這樣的思路認(rèn)識(shí):電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號(hào)——工作原理——次態(tài)與現(xiàn)態(tài)關(guān)系(從特性表、特性方程、卡諾圖、狀態(tài)表、時(shí)序圖五個(gè)方面理解)。

3.2先總后分,點(diǎn)面結(jié)合

從課程角度上看,首先向?qū)W生介紹學(xué)習(xí)本課程目的,使學(xué)生明確學(xué)習(xí)方向,做到心中有數(shù),提高學(xué)習(xí)動(dòng)力;然后給出課程框架,理清該課程主脈絡(luò),即高屋建瓴,避免“只見樹木不見森林”;最后向框架中填充內(nèi)容,即講解每一章具體教學(xué)內(nèi)容,即“化整為零,各個(gè)擊破”。

從章節(jié)角度看,各章節(jié)都條理清晰,以本書重點(diǎn)內(nèi)容第三章和第五章為例。兩章內(nèi)容組織都是先總體介紹組合(時(shí)序)電路的分析和設(shè)計(jì)方法,后按電路功能不同具體學(xué)習(xí)各種典型組合(時(shí)序)電路。

學(xué)習(xí)這兩章都要點(diǎn)面結(jié)合,以點(diǎn)帶面。學(xué)習(xí)各種電路不是平均花時(shí)間,而是以某一具體電路為典型,理清學(xué)習(xí)思路及學(xué)習(xí)方法。舉一反三,使學(xué)生豁然開朗。

組合邏輯電路以全加器為例:

? 首先,明確電路功能,即實(shí)現(xiàn)兩個(gè)同位加數(shù)和來自低位的進(jìn)位三者相加;

? 其次,據(jù)功能列真值表。方法:輸入的兩個(gè)加數(shù)和一個(gè)來自低位的進(jìn)位分別取0、1,這樣三個(gè)數(shù)相加的情況共有八種,輸出有兩個(gè):進(jìn)位與全加和,得到全加器真值表,如表1所示。

組合邏輯電路學(xué)習(xí)思路:功能→真值表→表達(dá)式→邏輯圖,即按照組合邏輯電路設(shè)計(jì)方法的步驟來認(rèn)識(shí)電路。在學(xué)習(xí)編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器等組合電路時(shí),重點(diǎn)明確電路功能,之后學(xué)生可按該思路自學(xué)或做好課前預(yù)習(xí)。

時(shí)序邏輯電路學(xué)習(xí)思路:功能→狀態(tài)圖→選擇觸發(fā)器,并求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程→求驅(qū)動(dòng)方程→畫邏輯圖。以某時(shí)序電路為典型,學(xué)習(xí)后續(xù)時(shí)序電路如法炮制。

3.3形象化教學(xué)

“數(shù)字電路”是一門相對(duì)抽象、枯燥的課程,長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)學(xué)生容易疲倦,因此采用形象化教學(xué)尤為重要。由于數(shù)字電路特點(diǎn)跟生活中某些事物類似,可將抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟知的具體生活實(shí)例,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,快樂學(xué)習(xí),快速學(xué)會(huì)。

例如,講解只讀存儲(chǔ)器ROM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí),將ROM比作田字格本的一頁紙,字線數(shù)即田字格行數(shù),位線數(shù)即田字格列數(shù),則存儲(chǔ)器容量計(jì)算轉(zhuǎn)換為求一頁田字格的字?jǐn)?shù)。這里的位線數(shù)是經(jīng)過譯碼器譯出的信號(hào)個(gè)數(shù),即N個(gè)地址輸入可以譯出2N個(gè)位線數(shù)。存儲(chǔ)器的輸入是需進(jìn)行譯碼的地址信號(hào)(N個(gè)),輸出是某內(nèi)存單元的內(nèi)容,即存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(b位),存儲(chǔ)器總?cè)萘繛?N* b(位)。

例如,學(xué)習(xí)4選1數(shù)據(jù)選擇器時(shí),先舉例子:4輛并行在寬敞道路上的汽車,遇到只容一輛車通過的小路,此時(shí)需警察指揮,以兩面旗控制,每個(gè)旗兩種顏色——紅色和藍(lán)色。規(guī)定兩面旗都是紅色時(shí),第一輛車通過,第一面旗紅色且第二面旗藍(lán)色時(shí),第二輛車通過,第一面旗藍(lán)色且第二輛旗紅色時(shí),第三輛通過,兩面旗都是藍(lán)色時(shí),第四輛通過。四輛車即數(shù)據(jù)選擇器的四輸入數(shù)據(jù)D0～D3,兩面旗即選擇控制信號(hào)A1和A0 ,均取值0或1,則A1和A0 共四種取值,每種取值分別控制四路數(shù)據(jù)之一通過。這樣學(xué)生更容易理解且不易忘記。

3.4師生互動(dòng)

現(xiàn)代教育理論認(rèn)為,師生互動(dòng)是教學(xué)中非常重要的人力資源。因此,教師在教學(xué)過程中,必須加強(qiáng)師生互動(dòng),要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過程,理解知識(shí)的形成方式。只有這樣,才能實(shí)現(xiàn)感性知識(shí)向理性能力的轉(zhuǎn)化。要讓學(xué)生主動(dòng)學(xué),最重要的是在教學(xué)過程中加強(qiáng)學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),幫助學(xué)生掌握正確實(shí)用的學(xué)習(xí)方法。因此,教師要確立教法要為學(xué)法服務(wù)的觀念,依據(jù)適合學(xué)生的學(xué)習(xí)方法來設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容,促使學(xué)生養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

課堂教學(xué)不是從逗號(hào)走向句號(hào)的過程,而是引導(dǎo)學(xué)生帶著問號(hào)進(jìn)入課堂,在教學(xué)中產(chǎn)生更多問號(hào)的過程。只有這樣學(xué)生才能具備可持續(xù)發(fā)展進(jìn)步的基礎(chǔ)。要善于設(shè)疑、留疑,讓學(xué)生帶著問題聽課,在分析解決問題過程中學(xué)會(huì)思考。要千方百計(jì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,想方設(shè)法讓課堂教學(xué)“動(dòng)”起來,真正把學(xué)生變成課堂的主人。

數(shù)字電路一般是在第一個(gè)學(xué)期為新生開設(shè),此時(shí)學(xué)生有好奇心和新鮮感,講課時(shí)多提出疑問,有助于學(xué)生養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣。要在課堂上適當(dāng)采用發(fā)問語氣,引導(dǎo)學(xué)生思考,多提出一些相對(duì)簡(jiǎn)單的問題,防止學(xué)生因深思而無法跟上后繼課堂內(nèi)容:函數(shù)的公式化簡(jiǎn)法和卡諾圖化簡(jiǎn)法各自有什么樣的優(yōu)點(diǎn);若函數(shù)表達(dá)式以mi形式表示,哪種化簡(jiǎn)方法更簡(jiǎn)單;用卡諾圖化簡(jiǎn)時(shí),你認(rèn)為哪一步比較困難等。要保證提出問題后,學(xué)生短時(shí)間內(nèi)思考一遍,之后老師給出正確答案。課后留給學(xué)生稍難的綜合思考題,使學(xué)生充分考慮。課間多與學(xué)生溝通交流,及時(shí)了解學(xué)生掌握知識(shí)的程度,通過學(xué)生的反饋不斷調(diào)整教學(xué)方法,盡快找到最適合學(xué)生的教學(xué)法。

4考核方法

一門課的教學(xué)效果決定了該課程的成功與否。教學(xué)環(huán)節(jié)中各方面把握到位后,還需要通過一定方式來檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的水平如何。期末考試是一種傳統(tǒng)的考核方法,有較大的參考性,但并不是唯一或最完美途徑。學(xué)生平日表現(xiàn)是不可忽視的重要環(huán)節(jié),包括課堂提問,課后作業(yè)的完成情況。作為老師,更應(yīng)該從平時(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,并作為反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)思路和方法,不能只盯住最后的期末考試作為教學(xué)效果。

5教學(xué)效果

任何好的教學(xué)方法,都離不開吃透教材和充分的備課。通過改進(jìn)教學(xué)方法,2008級(jí)新生學(xué)習(xí)該課程的積極性明顯高于2007級(jí),很多學(xué)生都喜歡這門原本枯燥的課程,上課積極性很高。期末考試成績(jī)表明,大部分學(xué)生掌握了數(shù)字電路的基本概念、基本原理,但兩級(jí)分化較為嚴(yán)重。卷面反映出小部分學(xué)生基本不聽課,對(duì)這些學(xué)生應(yīng)該采取何種教育和教學(xué)方法是今后需要研究和改進(jìn)的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 李曉燕. 堅(jiān)持以學(xué)生為本的教學(xué)理念[EB/OL]. [2007-09-27]. http://theory.people.com.cn/GB/49157/49166/ 6321171.html.

[2]周賢善,李娟,官彬. Java課程教學(xué)的探析[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2009(2):69-71.

The Exploration of Curriculum Teaching on Digital Logic Circuit

JI Cui-cui

(Department of Computer Science and Technology, Shandong Institute of Education, Jinan 250013, China)

Abstract: An especial new teaching method for Digital Logic Circuit were produced based on the special character of vocational and technical institutes students whose basic knowledge were weak. The teaching methods and measures were all student-oriented, which give us a new thread for teaching vocational and technical institutes students better.

Key words: students-oriented; vivid teaching; interaction between teachers and students