“數(shù)字電路”課程的教學(xué)改革與實踐

［摘 要］“數(shù)字電路”是電子通信專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該門課程學(xué)習(xí)的好壞直接影響到學(xué)生后繼課程的學(xué)習(xí)。可以根據(jù)大學(xué)生的特點以及該課程的特點，在理論和實踐教學(xué)過程中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，以達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

［關(guān)鍵詞］數(shù)字電路 實驗課程 課程設(shè)計 考核評價

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2013）02-0129-02

“數(shù)字電路”是電子、通信、計算機等幾個專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其后繼課程有數(shù)字信號處理、組成原理、高頻電路等。該課程是學(xué)生接觸數(shù)字信號的開始，也是學(xué)生進行硬件實驗的開始，主要是培養(yǎng)學(xué)生的分析和設(shè)計數(shù)字電路的能力。該課程除了理論課，還包括實驗課和課程設(shè)計。本文主要結(jié)合內(nèi)蒙古師范大學(xué)的現(xiàn)狀，從理論課程教學(xué)方法的改革、實踐課程的設(shè)計以及考核指標(biāo)的改革等方面探討如何提高教學(xué)質(zhì)量。

一、 改革教學(xué)方法，打下堅實的理論基礎(chǔ)

“數(shù)字電路”這門課程是以邏輯代數(shù)為基礎(chǔ)，以分析電路和設(shè)計電路的原理和方法為核心，全面介紹數(shù)字電路原理的一門課程。理論教學(xué)是重中之重，所以尤其需要注重培養(yǎng)學(xué)生邏輯運算的能力、分析電路和設(shè)計電路的能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

（一）夯實邏輯運算能力

“數(shù)字電路”這門課程在開始的章節(jié)中主要介紹邏輯代數(shù)的運算，以基本的“與”、“或”、“非”、“同或”、“異或”為基礎(chǔ)，進行邏輯多項式的化簡，利用卡諾圖進行邏輯函數(shù)化簡的方法是要求學(xué)生必須掌握的，這部分是后面組合邏輯電路與時序邏輯電路的基礎(chǔ)，因此這方面的演算練習(xí)是必不可少的。教學(xué)過程要依照學(xué)生的認知規(guī)律，由易到難、循序漸進，主要讓學(xué)生掌握檢查邏輯多項式化簡結(jié)果的方法，這關(guān)系到是否可以減少使用元器件的數(shù)目，以便使電路更加簡單。

（二）精心選擇教學(xué)案例

在課堂上開展案例教學(xué)既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以達到教學(xué)目的。教學(xué)案例主要是圍繞知識點來進行設(shè)計的。課堂教學(xué)主要通過案例有效地引導(dǎo)學(xué)生，以解決問題為目標(biāo)，把若干知識點貫穿始終。解決問題的各個環(huán)節(jié)又分解成多個任務(wù)，然后再詳細講解每個任務(wù)的解決過程。整個教學(xué)活動都是圍繞案例進行的，學(xué)生在不知不覺中就獲取到了知識。在這些年的教學(xué)過程中，我們精心選擇了參考書以及教科書上一些典型的案例作為教學(xué)內(nèi)容。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有了具體的研究對象和研究問題，有的放矢地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率會大大提高。

（三）充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段

現(xiàn)代化的教學(xué)手段相對于傳統(tǒng)的教學(xué)手段而言，具有直觀、形象的特點。多媒體教學(xué)便是其中之一。在“數(shù)字電路”這門課程中有些內(nèi)容抽象難懂，如果借助靈活生動的多媒體，效果就不同了。比如“觸發(fā)器”這一章，[1]其中“基本的觸發(fā)器”這里就很抽象，“基本觸發(fā)器”有四個狀態(tài)，即“置0”、“置1”、“保持”、“違反定義的狀態(tài)”。其中這個“違反定義的狀態(tài)”學(xué)生總是難以理解。還有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器中電容的充放電過程，都可以借助多媒體教學(xué)，形象生動地詮釋其原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對課本內(nèi)容的理解。

（四）引入期中考試

期中考試的考試時間可以由任課教師自行選定，而且要在課程開始的時候告知學(xué)生。考試的目的不是難為學(xué)生，而是對學(xué)生前一階段的學(xué)習(xí)情況進行自我檢查。因為大學(xué)通常很少設(shè)置期中考試，只有期末考試，不少學(xué)生平時疏于學(xué)習(xí)。這使得學(xué)生雖然期末考試通過了，但是基礎(chǔ)相當(dāng)不扎實，到了工作崗位上就會出問題，無論對個人還是用人單位都會造成損失。根據(jù)心理學(xué)的知識，[2]人的記憶具有這樣的規(guī)律：對于新知識，如果重復(fù)的次數(shù)越多，那么在腦海中停留的時間就越長。當(dāng)然重復(fù)的次數(shù)需要根據(jù)時間間隔而變化；短期內(nèi)的重復(fù)對于永久性的記憶用處不大，也就是說考試前盡管可以突擊幾天使記憶深刻，但是會很快忘記。期中考試的作用恰恰是符合心理學(xué)的規(guī)律，即在學(xué)期中間讓學(xué)生進行系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，等到學(xué)期末再加深一次記憶，這樣學(xué)到的知識可在學(xué)生腦海中停留較長的時間。

不少學(xué)生上了大學(xué)后思想變得懈怠，生活也自由了很多。這樣的自由對精力旺盛的學(xué)生來說是沒有任何好處的。教師可以在期中考試出一些在理論上有些難度和深度的題目，重在考查學(xué)生知識點的掌握情況以及靈活運用知識的能力。一般學(xué)生在該課程剛剛?cè)腴T的時候，還不完全具備解決和透徹剖析復(fù)雜問題的能力。所以大部分學(xué)生的成績都不太理想，這樣可以從心理上暗示學(xué)生要重視該門課程，否則期末一定掛科。于是，在接下來的課程學(xué)習(xí)過程中，大部分學(xué)生會因此而更加努力，這樣對學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程是很有幫助的。

二、改革實踐教學(xué)，提高學(xué)生手腦并用的能力

實驗課主要培養(yǎng)學(xué)生以下幾種能力：熟練使用基本儀器儀表的能力、與他人協(xié)作的能力、動手設(shè)計搭建電路的能力和解決電路故障的能力。

（一）實驗課程內(nèi)容充實并與理論銜接緊密

實驗課程內(nèi)容包括儀器儀表的使用、驗證性實驗和設(shè)計型實驗三類。實驗課要求學(xué)生每次課前進行預(yù)習(xí)，并撰寫預(yù)習(xí)報告，以便在實驗過程中做到胸有成竹；課后需要根據(jù)實驗結(jié)果回答實驗教材中的提問，完成實驗報告。實驗課程的內(nèi)容是我們課程群的幾位教師經(jīng)過多年經(jīng)驗篩選出來的，我們將理論課中的難點和疑問納入實驗中，讓學(xué)生通過實驗來解決。這樣，理論指導(dǎo)實踐，實踐證明理論，使兩門課程形成一個良性循環(huán)，不僅能使課程的疑問得到及時有效的解決，還有利于學(xué)生打下堅實的基礎(chǔ)，為后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

（二）課程設(shè)計提高學(xué)生綜合運用知識和解決問題的能力

實驗課因其規(guī)模小、解決問題少、時間短，對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)還不夠。因此為該課程配備了另一門實驗課——課程設(shè)計。它是一門綜合的實驗設(shè)計課，要求學(xué)生兩個人一組共同完成一個硬件作品的設(shè)計和制作，主要培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的靈活運用以及實踐動手能力。數(shù)字電路的課程設(shè)計開設(shè)的時間為四周，通常安排在理論課程結(jié)束之后，對于課程設(shè)計的題目，學(xué)生可以自行選擇，也可以從教師提供的若干題目中選取。學(xué)生依據(jù)自己的選題進行電路設(shè)計，用一周的時間給出設(shè)計方案，畫出電路圖，列出所需的元器件的型號以及數(shù)目。從第二周開始，學(xué)生需要在實驗室里完成自己的設(shè)計，時間為期兩周。第四周安排答辯，教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計進行提問，給出成績。課程設(shè)計的題目難度也區(qū)別很大，如四層電梯控制器，[3]從設(shè)計到硬件電路的實現(xiàn)，在有限的時間內(nèi)學(xué)生很難順利完成。因此課程設(shè)計應(yīng)盡量給學(xué)生安排一些工作量適中，而且還有完善空間的題目。學(xué)生可以根據(jù)自己的想法，給電路設(shè)計更多的功能。

課程設(shè)計難度大于實驗課，是理論課與實驗課的一個很好的補充。通過課程設(shè)計，可以培養(yǎng)學(xué)生宏觀把握事物的能力和縝密的思維，以及膽大心細的品質(zhì)。

三、改革課程的評價方法，注重學(xué)習(xí)的過程

課程的評價作為考核教與學(xué)過程的手段，是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的以期末考試作為單一考核方式的做法已經(jīng)不適用于當(dāng)前的課程。考核方式應(yīng)該注重過程并從多個角度考查。本課程理論課的考核方式是：平時成績占20%，期中考試成績占20%，期末考試成績占60%。實驗課的考核方式是：出勤占20%，實驗報告成績占40%，期末考試成績占40%。課程設(shè)計的考核方式是：出勤占20%，硬件電路（包括電路實現(xiàn)的功能、布線的整潔程度、選題的難度）占60%，答辯占20%。因為理論課程注重的是對理論知識的掌握情況，所以期末考試占的比重較多，實驗課程以動手為主，雖然也有考試，但是平時成績占的比例較大。課程設(shè)計因為涉及選題的不同造成題目難易程度的差別，對有難度的題目可以適當(dāng)加分；而且在功能實現(xiàn)上，有些學(xué)生設(shè)計并實現(xiàn)的功能超出了教師指定的范圍，也可以加分，而對于沒有實現(xiàn)教師指定功能的則要酌情減分。每一項評分指標(biāo)都有具體的量化值，便于任課教師操作，也便于學(xué)生了解自己的成績的由來，以便在日后進行改進。

“數(shù)字電路”作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為了后續(xù)課程能夠順利進行，進行教學(xué)改革是必然趨勢。在教學(xué)過程中注重教學(xué)方法的改革，精心設(shè)計教學(xué)案例，利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，重點培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，是理論課程改革的關(guān)鍵。 而作為一門以電路為研究對象的課程，實踐又是不可缺少的環(huán)節(jié)。通過實驗課和課程設(shè)計，學(xué)生的動手能力得到了提高，電路的設(shè)計能力也有了進一步的提高。實驗證明，這樣的改革方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效率明顯提高，為學(xué)生后續(xù)其他課程的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［2］ 姚本先.高等教育心理學(xué)［M］ .合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［3］ 李艷玲，朱音.基于MSI的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)漢文版），2008，（3）：526-529.

［責(zé)任編輯：劉鳳華］