合適課程設計有效促進學生學習

張煒龍 胡曉華 張禹

摘要：本文主要講述“數字電子技術”的課程設計對學生學習的促進作用，“數字電子技術”的課程設計在內容上根據福建江夏學院（以下簡稱“我校”）電子信息工程專業所需的基礎要求，以“理論適度、強化技能培養”為原則，既重視理論知識基礎的有效鞏固，也關注學生實踐動手能力的培養。本文結合筆者在福建江夏學院中的課程教學經驗，以“彩燈循環顯示電路”課程設計為例淺析了課程設計對于促進學生學習起到的良性作用。

關鍵詞：課程設計；彩燈循環顯示電路；學生學習

數字電子技術是我校電子信息工程專業的基礎課，其目標是培養學生具備一定的電子技術理論基礎、一定的創新意識、一定的解決實際問題的能力，促使學生了解本專業的應用發展方向，并為學習后續課程和從事電子信息工程工作打下一定的基礎。

福建江夏學院是2010年由福建省政府組建的一所旨在培養復合性創新陛應用型各類高素質專門人才的應用型本科大學。數字電子技術課程應滿足學校、學科建設的高要求，充分地激發學生對于這門課程的學習興趣，提高學生學習的主動性和積極性。

課程設計作為學生學習的一個重要的實踐環節，要求學生自己設計和搭建一個實用電子產品雛形。常言說得好，“說一百遍，不如做一遍”，學生通過思考、查閱資料、討論等方式尋求解決問題的方案，對相關知識點有更加深入的理解，提升學生的成就感，增強自信心，提高學習主動性，從而形成良性循環。本文以“彩燈循環顯示電路”中“數字電子技術”的課程設計為例，從幾個方面淺析了課程設計對于激發學生學習熱情、促進學生學習所起到的良性作用。下面，筆者將從設計的相關環節來具體闡述。

一、分析設計任務和性能指標

本課程設計的題目是“彩燈循環顯示電路”，學生在拿到設計題目后，首先要根據相關材料分析設計任務，掌握相關原理圖，解析其基本構造和功能，將總電路原理圖拆分成以下三個單元電路：矩形方波產生的頻率、10個彩燈的循環點亮和七段數碼管上顯示彩燈的循環次數。

學生要做到對設計功能的完美解析、原理圖清楚識讀，要掌握“數字電子技術”課程中所學的相關基本理論和基本方法，清楚所涉及的各個芯片的功能、參數，及其涉及典型功能模塊的搭建，進而要了解單元電路功能模塊的構建，了解單元電路中各個部件元件的作用，清楚整體設計所要達到的性能指標，乃至有效擴展至一些特定微型數字系統。

在這部分，學生既要鞏固課堂理論知識，又要加強對實際電路的認識、解析能力。

二、元器件的選擇

對課程設計題目完美解析之后，接下來就涉及合適的元器件的選取。在搭建單元電路時，對于特定功能單元需要選擇主要的集成塊。比如時鐘電路選555，計數/譯碼器4017，計數器4518，譯碼4511及顯示驅動電路也都相對固定，但存在電路特定功能要求不同，需要適當元件參數匹配集成塊，例如，10個彩燈循環點亮的完美顯現，對方波頻率的選擇就有所要求，學生在利用555觸發器構成脈沖方波時，必須考慮到影響時間常數的RC元件參數的選擇。

同樣構建單元電路時，選擇器件的電平標準和電流特性等參數很重要。普通的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產生電路、數模和模數轉換電路、采樣和存儲電路等，參數選擇恰當可以發揮其性能并節約設計成本。

在這部分，學生在進行元件的選擇的同時，不僅要掌握所用儀器設備的使用介紹，了解實驗過程中的注意事項，還要掌握從電路的整體布局到一個個小的元件的清楚認識。

三、設計總體電路圖

任何一種邏輯功能都可以設計出一種相應的邏輯電路。根據需要設計出符合要求的邏輯電路，合適的計算機輔助軟件給我們的電路設計提供了極大的便利。

1.仿真軟件

該設計要求學生掌握兩種仿真軟件Multisium和Proteus，并結合所給的設計題目，繪制電路原理圖，進行模擬仿真測試。學生在操作過程中掌握以下三個方面知識點：

（1）熟悉Multisium和Proteus軟件操作界面，了解選取元器件時所需要注意的一些注意事項。

（2）調整電路圖中元器件布局，調試電路板，故障排查。數字電路設計以邏輯關系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它們之間的正確傳遞決定了設計內容的成敗，結合整體實現功能，要求每一個單元電路都須經過調整，確保各單元之間滿足驅動電平匹配和電流匹配，合理布局。

仿真是整個設計成功關鍵的一步，學生做好仿真電路的連接，之后的焊接電路就會顯得相對輕松、駕輕就熟。電路仿真軟件為學生之后從事電路設計、模擬仿真等打下基礎。

對于仿真軟件，老師只是起到簡單領進門的作用，需要學生自身去拓展學習，這里有個需要重視的地方，相較于私下自學，集中學習、互幫互助成效非常明顯。

2.電路原理圖印制板設計功能

課程設計要求學生掌握Protel 99SE軟件的原理圖設計、PCB設計、自動布線器這幾個功能，學生通過該軟件的學習，可以強化計算機模擬和具體元器件的封裝工藝，統籌各個單元電路的布局。

學生弄好印制板，在其上焊接電路，這在很大程度上接近實際的電路板的制作工藝，學生在此可以得到理論和實際明顯的結合，貼近工藝、貼近工廠，提高了興趣，極大調動了學生的主動性。

四、焊接、搭建電子產品雛形

完成了前面三步之后，學生就進入電子產品的搭建環節，而要進行完美的電路搭建，首先要求學生掌握一些基本的知識、動手能力：了解萬用表、示波器、穩壓電源等常用電工電子儀器、儀表的使用；熟悉電阻、電容、電感、二極管、三極管、變壓器、集成電路等的外形結構；熟悉機械開關、繼電器、接插件、熔斷器、電聲器件的外形和標志方法；熟悉各種常用線材的外形與結構；電烙鐵的使用方法和使用技巧、焊接注意事項等。

學生有了如上所示的準備就可以開始在萬用板上焊接電路，按照前面電路圖仿真，將電路圖復制到萬用板上，而這也是本設計最鍛煉學生的時候，不僅要具備過硬的焊接技術，還需具有較強解決實際問題的能力，前者直接影響了最后電子產品的工藝水平、美觀程度，而后者則會關系到焊接的電子產品能否實現我們所要的設計結果。

五、書寫綜合設計實驗報告

學生在完成全部仿真、電路模型搭建之后所作的綜合書面報告，是學生對整個課題設計的思考和總結，是對課題設計的再認識、知識升華的過程。

書寫實驗報告，使學生的學習方式由被動學習轉變為主動學習，書寫實驗報告時，力求完整、完美地表達自己的學習過程，以及自己對本設計的思考、體會，這能極大地調動學生的主動|生，使其認知自己，展現自己。

本文通過“彩燈循環顯示電路”中“數字電子技術”的課程設計的具體實施步驟，詳細地解析了課程設計對學生的作用以及學生所要掌握的內容，通過課程設計，學生能將知識從點帶到面，充分地認識到數字電子技術課程的重要性和作用，激發學習熱情和學習興趣，提高自主學習和主動學習的能力，為學生以后從事相關行業打下基礎。本文所例舉的課程設計，在培養學生的科學素質以及獨立動手能力方面有著積極的作用，既檢驗了學生對基礎性實驗的學習效果，同時也促進了學生相關學科能力的提升，應當引起重視。