數字電子技術及實驗教學中的幾點想法

張益男 南京大學金陵學院玉輝樓信息科學工程系，南京 210089

數字電子技術及實驗教學中的幾點想法

張益男 南京大學金陵學院玉輝樓信息科學工程系，南京 210089

數字電子技術是計算機類及電子類專業的基礎課程，隨著數字技術的發展，傳統的教學方法不再適應現代高等教育培養目標的需要。文章從理論課教學和實驗課教學兩方面闡述，并從內容、手段、考評等方面進行探討，加深學生對理論知識的理解，提高學生解決問題和創新的能力。

數字電子技術；實驗；考核

隨著電子材料科學的發展，電路集成技術的進步，分立元件的電路逐漸被數字集成電路取代，電路成本不斷降低，數字電路的知識也成為必修內容，而且是許多重要課程的基礎，如《單片機原理與應用》、《計算機組成與設計》、《微機原理與接口技術》等。數字電子技術（簡稱數電）課程教學效果的好壞直接影響到這些后續課程的教學，而且這門課的學習也為從事實際工作奠定了必要的基礎。但是傳統的教學方法顯得單調和落后，嚴重束縛了學生學習的積極性，因而數電課程的教學質量也難以提高。為了培養高質量的人才，必須進行教學改革。

1、理論課教學

1.1 傳統教學手段和多媒體教學相結合

傳統的“一支粉筆、一塊黑板”的教學模式讓學生處于被動接受知識的狀態，即所謂的填鴨式教學，教學效果往往不理想。如今計算機及多媒體技術迅速發展，要把這些先進技術用到課堂中來，激發學生的興趣，引導學生積極思考，提高教學效果。上課前教師要認真做好每堂課的PPT，即課件。優秀的課件是教材內容的提升和精煉，將概念、定律及內容能更清晰地展示給學生，在PPT中可以用加重字體，改變字的顏色來突出重點、難點，讓學生一目了然，做到有重點地學習，分清主要和次要內容。另外制作PPT時要充分利用多種表示形式，如圖像、聲音、動畫等，這樣更能激發學生的興趣，幫助學生更好地理解和接收教學內容。而且PPT便于學生在課后復習，通過回想、看書再現教師上課時所講的內容。

1.2 注意講授的內容

數字電子技術發展迅速，因此數電這門課的教學也應跟上時代的步伐，根據科技的發展來增加和刪減教學內容。例如，康華光《電子技術基礎數字部分》第五版一書中對TTL集成電路邏輯門做了非常詳細的講解，理論性較強，學生不易理解，而在當前的數字系統設計中，幾乎不用此類邏輯器件，那教師在講課時可簡化這部分知識，在講完CMOS門后讓學生課外學習。再例如時序邏輯電路那章，介紹計數器、寄存器等，講課時注意回避繁瑣的集成電路內部分析和推導，著重介紹外部邏輯功能的描述、分析和應用，讓學生做到靈活使用即可。

1.3 利用動畫演示，提高教學效果

數字電子技術課程有些概念比較抽象，只靠教師在課堂上講，可能教學效果不夠理想。在互聯網上有很多關于數電基本概念的動畫講解，教師可以下載下來，作為輔助的一種教學手段。在講到相應概念時，可播放給學生觀看，讓學生加強對概念的理解，而且動畫能引起學生的興趣，更能印象深刻。

1.4 充分發揮教師和學生的作用，加強和學生的互動

在教師資格證培訓的時候，教育學當中就講過要以學生為主體，充分調動學生的積極性和主動性，這條原則我們要很好地貫徹到教學當中去。在傳統的教學模式當中，過于強調教師的講授，在一定程度上忽視了學生的積極參與，只是讓學生被動地接收教師的教授內容，嚴重束縛了學生個性的發展，不利于培養學生的知識遷移能力。為改變這種狀況，要知道教育不應只是生硬地傳授知識，更要看到學生的不同特點，因材施教，善于發動他們去主動學習和研究，引導學生生動活潑地發展，培養學生獨立學習的能力和方法。在課堂教學時，注意加強和學生的互動，多提問，及時反饋，隨時看學生的掌握情況。

1.5 考核方式

把理論課和實驗課分開考核，作為兩門課，分別給成績。理論課的考核主要是考試，把平時表現也納入考核范圍，例如考勤、提問和作業，具體情況根據學生平時的表現決定，占總成績的20%，另外期中考試成績占20%，期中考試是必要的，是對半學期學習情況的總結，通過此可以看到學生的掌握情況，什么地方掌握不是很好，可以在卷面上反映出來。教師可以在考試后習題課上給學生再強化下以前學的概念，糾正學生錯誤的地方。期末成績占60%。具體比例可根據實際情況而定。

2、實驗課教學

2.1 合理安排實驗內容，加強理論與實踐的聯系

第一，一本書的理論教學內容一般都很多，每個方面全講詳細是不可能的，可將適當內容放到實驗課上著重講述。例如做計數、譯碼、顯示電路實驗時，將原理要闡述清楚，實驗課上計數器用的是74LS90芯片，而康華光版的理論書上用的是74LS390芯片，兩者雖然名稱不同，但功能和電路連接完全一樣，所以理論課上這部分內容可簡單介紹，而著重放在實驗課上講解，這樣學生自己動手設計電路并連接電路，能對這部分內容更好地理解，感受到知識的實用性。

第二，適當減少驗證性實驗，增加設計性和綜合性的實驗內容。實驗教學是一個非常重要的環節，目的是讓學生通過實際動手，掌握一般的實驗方法和技巧，鞏固已有的理論知識，提高分析和解決實際問題的能力，培養創新意識，所以整個實驗內容的安排要有所考慮。驗證性實驗主要是給學生打基礎，培養學生操作儀器儀表和設備的基本能力，而設計性實驗是提升學生的實際動手能力，教師給出實驗任務，將所用到的元器件發給學生，讓學生自己設計電路并搭試完成，測試實驗數據并解決出現的問題，教師給以輔導并與學生共同探討。在學期的最后一個實驗通常設計一個綜合性實驗，主要是考核學生綜合應用所學知識的能力，選一些有趣味性和應用性的課題。例如我們選擇了一個LED燈顯示的問題，有幾種花樣，通過開關控制輪流顯示。要求學生首先利用軟件作出原理圖，其次在面包板上搭試電路，并觀察實驗現象，寫出實驗報告，分析具體的工作原理。效果顯示，學生對實用性強的實驗表現了極大的興趣，積極性很高，能自己動手設計，最終有多種方案提出，達到了綜合性實驗要求的效果。

第三，將EWB軟件的使用和CPLD的Verilog語言的編程實驗引入實驗教學。EWB虛擬仿真實驗軟件為數字邏輯電路仿真提供了豐富的元器件模型，作圖方便，實驗和測試結果直觀具體，把傳統的硬件設計與調試問題變成“軟件”問題。這樣能激發學生更深入理解實驗內容，進一步激發了對本課程的學習興趣，提高了分析和設計、發現和解決問題的能力。CPLD是復雜可編程邏輯器件，規模大、結構復雜，是用戶可根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。Verilog HDL是一種應用廣泛的硬件描述語言，可用于從算法級、門級到開關級的多種抽象層次的數字系統設計。將Verilog HDL語言下載到CPLD器件后，使被下載的CPLD器件成為與Verilog語言所描述的數字電路，加上外圍電路，能看到相應的現象。我們電子實驗室在學期開始，介紹完儀器使用后，先安排的是EWB的實驗，讓學生先學習好軟件的使用，為以后的綜合性實驗打好基礎。中間安排的是驗證性和設計性實驗。之后安排的是CPLD實驗，有一些典型的程序讓學生設計并在CPLD板上觀察實驗現象。例如設計靜態和動態顯示實驗、搶答器實驗等。通過這些實驗的安排，讓學生自己選擇元器件、連接電路、選擇參數、編寫程序，一邊選擇一邊測試，一邊修改一邊分析，并與理論進行對照，在一步步調試中學習提高，把實驗和理論緊密結合，加深了對理論的認識。

第四，根據專業不同和學生能力的差異安排實驗內容。在教師資格證培訓時，同樣講到一點原則，就是要考慮學生的個體差異，做到因材施教。例如我們學院電子專業和計算機專業都要求完成數電實驗，數電對電子專業尤其重要，學生都學過模擬電子技術和數字電子技術兩門課，而計算機專業的學生不學習模擬電子技術，只學習數字電子技術，因此學生的水平也相對弱一點，有些實驗電子專業的學生完成得比較好，但對計算機專業的學生來說就會有點困難，因此在教學時，對計算機專業的學生可相對降低一點難度，安排一些更適合他們的實驗。

2.2 實驗時間的分配

學院安排的數電實驗時間是每周一次，一次是3節課的時間，但因為學生水平參差不齊，所以不是每次實驗每個學生都能利用課上時間完成。為解決這一問題，安排了周末為開放實驗室時間，每天由一個老師和一個實驗員值班，老師負責解答學生遇到的問題，并檢查實驗結果，實驗員負責實驗室的開放，分發元器件等。在開放實驗室時間，課上沒做完實驗的同學可以來完成，對其他實驗感興趣想自己動手做的同學也可以來做實驗。通過開放實驗室，不僅提高了實驗儀器的使用率，并且保證了學生有充足的時間完成實驗、思考問題，與教師探討，這樣也使學生的創新能力和科研素質得到了很大的提高。

2.3 重視實驗報告

我們要求每做一個實驗，學生在課后都要完成一份實驗報告，內容包括幾部分：目的、使用儀器、原理、電路圖、實驗結果和實驗小結。要求學生寫實驗報告的目的就是讓學生理解每次實驗，不是實驗做完就結束了，而是通過報告總結自己實驗中遇到的問題，并理解透徹，以后遇到相似問題知道如何處理，所以實驗小結顯得尤為重要，能看出一個學生是否用心來完成這次實驗。

2.4 考核方式

學生的實驗成績包含兩方面，一是平時表現，包括考勤、提問和實驗報告，二是學期末的考試，至于各權重可結合實際情況設置。學期末的考試分兩種，一種是試卷考核，題目為2題，考試時間為3節課時間，要求學生在試卷上畫出電路圖，寫出實驗結果，教師檢查是否有實驗現象以及現象是否正確。另一種是用綜合性實驗作為考核，這個主觀性比較強，所以要設置一個統一的評分標準，做到公平公正。

2.5 短學期的實驗教學

學院在7月份是短學期，一般是三個星期。短學期的教學內容主要是學生完成一些應用性較強的綜合性實驗，例如收音機、對講機、小信號放大器等，儀器發給學生，學生自己動手設計電路，焊接電路板，并進行調試。短學期的實驗能進一步提高學生的動手能力，培養學生分析問題、解決問題的能力，提高了學生的綜合素質，更快更好地與社會需求接軌。

課程的教學改革要適應市場經濟體制和經濟建設的需要，也要遵循課程自身的規律，適應高等教育的發展趨勢，實現理論與實踐的完善統一。理論教學和實驗教學兩手都要抓，有機結合，對學生綜合素質的培養有重大意義，并進一步推進數電技術等課程的改革深入發展。

[1]康華光主編.電子技術基礎數字部分[M].第五版.高等教育出版社.2006

[2]邊曉娜，馬英.《數字電子技術》教學改革探討[J].河北廣播電視大學學報.2009

[3]馬曉娜，劉春梅，皮紅梅，等.《數字電子技術》教學改革與實踐[J].世紀橋.2010

[4]喬崢.《數字電子技術》教學淺探[J].科技教育.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.178

張益男：1984.8 女，碩士、教師、研究方向為控制及電子方面。