開放式實踐教學在“數字電路”課程中的應用

梁曉琳 包本剛 張文昭 潘海軍

摘 要：“數字電路”是電氣類專業的一門重要專業基礎課程，也是電子類專業課程學習的基石。為提高數字電路實踐教學質量，分析了傳統實踐教學存在的問題，并進行了改革。采用了開放式實踐教學方法，以學生為主體，教師為主導，要求學生自主完成實驗項目，培養了學生發散思維和實踐創新能力。改革實踐表明，開放式的實踐教學改革提高了學生的發散思維能力和實踐創新能力，營造了濃厚的學習氛圍，為后續的專業課程學習打下了堅實的基礎，且效果明顯，得到了學生的一致好評。

關鍵詞：開放式實踐教學 數字電路 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0106-02

“數字電路”是電氣類專業的一門重要專業基礎課程，也是電子類專業課程學習的基石。學生對該課程的學習效果，直接影響著他們的專業課程學習，甚至影響到學生在電子電路設計方面的動手操作能力和實踐創新能力的培養。“數字電路”是一門實踐性很強的課程，學生要想學好這門課程，實踐是至關重要的環節[1]。為提高“數字電路”實踐教學效果，分析了傳統的實踐教學存在的問題，并進行了大膽的實踐教學改革，取得了很好的成效。

1 傳統實踐教學存在的主要問題

1.1 傳統的實踐教學以教師講授為主

傳統的實踐教學通常是以教師講授為主。首先教師認真分析實驗原理，然后逐步講解演示，學生跟著老師的節奏一步一步地完成實驗內容。學生做實驗前根本不需要課前準備，只要在課堂認真聽老師講解，緊跟老師步伐完成每一步操作，就可以到達預定的實驗效果。甚至有些實踐教學中，老師從頭至尾為學生演示實驗，基本沒有留給學生獨立思考的時間和空間，也沒有給學生獨自將所學的理論知識應用于實踐的機會。這種“教師演示，學生觀摩”的實踐教學模式導致學生養成一種被動學習的學習態度，他們認為實驗課就是驗證所學的知識，教師給出實驗內容和演示，學生只要照做就可以了，最后還將這種學習方法帶入到專業課程的學習階段。因此，傳統的實踐教學模式不利于學生發散思維和實踐創新能力的培養，完全達不到學生職業化教育的培養目標。

1.2 傳統的實驗項目缺乏學習趣味性

傳統的實驗項目一般以普通的門電路設計、組合邏輯電路設計、時序邏輯電路設計為主。這些實驗項目往往缺乏實際生活應用背景，內容也顯得單一，學生在學習過程容易產生疑惑，不知道所學有何用，逐漸失去學習興趣。因此，教師在實驗項目的設置上應該適當地考慮實際應用背景，比如涉及到某一生活需要或工程應用，讓學生感受到自己所學知識有所用，從而激發他們的學習情趣和動力。

2 “數字電路”開放式實踐教學的意義

2.1 以學生為主體，培養學生實踐能力

采用開放式實踐教學，以學生為主體，教師為主導，學生在整個實踐教學中居主體地位。教師提出設計要求，學生自行分析設計思路，查找資料，制定設計方案，最后根據所學的知識完成實驗設計任務。整個過程中，教師必須全程跟蹤，當學生遇到疑問或困難時，應給與引導和幫助。學生在老師的引導下還可以發散思維，追求創新，開展一些拓展性的任務設計。這樣才能從真正意義達到培養學生獨立思考、動手操作和實踐創新的能力。

2.2 加強學生間的溝通，創造開放平等的交流平臺

濃厚的學術氛圍和開放平等的交流平臺是激發學習情趣和促進學習進步的重要條件。學生可以在良好的學習環境中相互交流、相互競爭和合作。有利于他們在學習過程中發現問題和解決問題，有利于進一步激發學生的求知欲和創新潛能[2]。因此，創建開放性電子設計實驗室，建立高標準實踐平臺，為學生提供一個良好的實踐環境尤為重要。

2.3 營造正能量的學習風氣

在開放式實踐教學過程中，教師應鼓勵學生獨立思考問題，積極交流經驗，利用所學知識去解決生活中的實際問題[3]。鼓勵學生按照自己思維方式去完成電路設計，尋找學習興趣，將“被動式”學習逐漸轉變為“主動式”學習，營造正能量的學習風氣。

3 開放式教學在“數字電路”實踐教學的實施

3.1 硬件平臺

實踐課開設前，教師應根據設置的實驗項目內容準備好一些必需的實驗素材，比如相關的集成芯片、SYB-500面包板、USB信號線、數碼管、發光二極管和電纜線等。然后將它們發放給學生，學生可以根據實驗項目的任務要求，在不限于實踐課的條件下利用課余時間在開放式電子電路設計實驗室進行電路設計，做好提前預習和調試，為實踐課做準備。課后學生還可以在實驗室對自己的實驗項目做進一步的完善或拓展設計，加深對所學知識的印象，提高自己的學習水平和專業技能。

3.2 項目設置

為提高學生學習興趣，項目的設置一定要緊密圍繞實際應用和實踐創新，能夠解決生活中的一些實際問題。項目的來源最好具有較高應用背景的產品制造、工程應用和科研課題，另外增加必要的電路板制作和硬件驗證，可以激發學生的學習興趣，還能真正達到培養學生職業技能的教學效果。通過改革，學校對原來普通的門電路設計、組合邏輯電路設計、時序邏輯電路設計等項目進行了調整，調整結果見表1所示。從表1可以看出，7個實驗項目在日常生活都具有較高的應用背景和應用價值。

3.3 典型實踐案例

利用SSI器件設計一個表決電路。首先階梯式地安排兩個設計任務，第一個任務是完成舉重裁判表決電路德爾設計，舉重比賽有3個裁判，一個主裁判和兩個副裁判，當兩個裁判（其中有一個為主裁判）或兩個以上裁判判舉重成功時，才表示舉重成功。第二個任務是完成一個4人表決電路的設計，4人當中有1位主裁、3位副裁，主裁認可計兩分，副裁認可計1分，只有當分數之和超過2分時才表示通過。學生可根據自身實際情況進行任務選擇。

表決電路在實際生活中應用很廣泛，比如一些選秀節目經常出現的一些資深導師對選手進行表決投票場景。學生對這一場景很熟悉，投票規則容易理解，這樣一來就會帶著一種好奇心進行電路設計。學生首先分析舉重裁判表決電路的因果關系，確定輸入變量和輸出變量，并且進行邏輯賦值，然后畫出真值表，利用卡諾圖化簡，寫出最簡與或邏輯表達式Y=AB+AC。有些學生就利用74LS08與門和74LS32或門實現；有些學生將最簡式進行變型Y=（（AB）'（AC）'）'，然后用74LS00與非門實現；甚至有些學生將邏輯表達式簡化成或非-或非的形式Y=（A'+（B+C）'）'，用74LS02或非門實現。在舉重裁判表決電路設計過程中，老師不需要仔細講解每一個設計步驟，只需要在學生的身邊進行引導和啟發。學生根據自己所掌握的理論知識，主動求索，自主完成表決器的設計。在大部分學生完成第一個設計任務后，嘗試到了成功的喜悅，便不由自主地進入第二個難度稍大點的4人表決器的設計。通過這兩個電路的設計，學生基本可以掌握利用小規模集成芯片完成組合邏輯電路設計的方法。

學生的理論水平參差不齊，對待問題的思考方式也各異千秋。在實踐教學過程中，不管學生采用何種邏輯方法，只要能夠實現表決器的邏輯功能，都應該給予充分的肯定。只要學生進行了獨立思考，盡管電路設計不夠完善，也應該得到老師的表揚和鼓勵，這樣才能提高學生的學習興趣和積極性，才能有利于培養學生獨立思考和實踐創新的能力。

4 結語

3年的教學改革過程中，“數字電路”實踐課采用了開放式教學方法，不管在實踐時間和空間上，還是在實驗項目選題和設計思路上，都給足了學生自己選擇的權利。讓學生在實踐過程中充當了主體作用，他們根據自己的需求選擇實踐器件，獨立思考，擬定設計方案，充分發揮了主觀能動性。實踐結果證明，開放式的實踐教學改革提高了學生的發散思維能力和實踐創新能力，建立了良好的學習環境，營造了濃厚的學習氛圍，為后續的專業課程學習打下了堅實的基礎，且效果明顯。接下來，我們將繼續尋找更好的實踐教學方法，讓更多的學生受益。

參考文獻

[1]王連勝，徐桂榮，王良成，等.《數字電子技術基礎實驗》教學改革探究[J].實驗科學與技術，2014，12（5）：110-112.

[2]郭占苗，田國杰，尹小莉.開放式教學模式在單片機教學中的應用—— 以發光二極管點亮為例[J].價值工程，2010（14）：215-217.

[3]楊志龍.重視開放式教學的教育價值[J].甘肅高師學報，2000（2）：124.