數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考

屈科

摘要：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是電類專業(yè)的必修課程，目前該課程在教學(xué)中存在諸多問題，通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，引入EDA技術(shù)，增加多種授課途徑來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：TN79-4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2095-9214（2015）10-0093-01

一、引言

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是電類等本科專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是一門理論性、工程性、技術(shù)性、實(shí)踐性和實(shí)用性很強(qiáng)的課程。近些年，數(shù)字邏輯集成器件從中、小規(guī)模芯片發(fā)展到大規(guī)模，甚至是超大規(guī)模的電路，數(shù)字電路的分析和設(shè)計方法也應(yīng)與時俱進(jìn)。[1]如何培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力、增強(qiáng)創(chuàng)新能力是數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要方向。

然而，受傳統(tǒng)理論教學(xué)模式的影響，大部分學(xué)生無法實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，學(xué)生的電路設(shè)計能力、動手調(diào)測能力、應(yīng)用理論知識和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分析問題和解決問題的能力都有明顯的不足。針對這些問題，這門課程的教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等亟需改革。

二、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)存在的問題

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)課程之間聯(lián)系不夠緊密

長期以來，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)只是對理論課的補(bǔ)充，起到輔助性教學(xué)作用，目的只是起到鞏固學(xué)生理論知識的作用。這種方式開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，每節(jié)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互之間缺乏有效的銜接和綜合，最終導(dǎo)致學(xué)生在做本科畢業(yè)設(shè)計等大型實(shí)驗(yàn)的時候，缺乏對這種綜合性實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計和調(diào)測的能力。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于簡單，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老化，學(xué)生興趣不高

目前大多數(shù)高校所開設(shè)出來的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老化，實(shí)驗(yàn)手段單一。大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)僅僅是將理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行程式化的簡單驗(yàn)證或是一些基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。這些課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比較多，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)比較少，對于學(xué)生來說只是對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，導(dǎo)致學(xué)生興趣不高。

（三）教學(xué)形式、方法老化呆板

在傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)方式是由教師給出實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、操作以及可能出現(xiàn)的結(jié)果，由學(xué)生來進(jìn)行相關(guān)操作，這種機(jī)械化的教學(xué)方式，對于學(xué)生來說只是進(jìn)行驗(yàn)證，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，造成學(xué)生思維方式單一，不會舉一反三，遇到設(shè)計性實(shí)驗(yàn)手忙腳亂，無從下手。

三、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)措施

（一）精選教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量和效率

在數(shù)字電路教學(xué)中，經(jīng)常會存在教授很多理論性的東西，對于學(xué)生來說，這種理論性很強(qiáng)的內(nèi)容，直接像理論課那樣課堂知識傳授方式進(jìn)行教學(xué)，效果并不理想。因此，作為老師，應(yīng)該精選教學(xué)內(nèi)容，從而提高教學(xué)的效率，及時對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)、重組和更新。[2]在實(shí)際的教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)例的講述，尤其應(yīng)該結(jié)合目前畢業(yè)生今后從事的工作崗位，讓學(xué)生在具體的實(shí)例中了解相關(guān)理論知識。同時，為了全面、充分地將學(xué)生的興趣引導(dǎo)到實(shí)驗(yàn)中來，可以適當(dāng)增加一些趣味性和跟生活密切相關(guān)的題目，比如在“組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)”中，引入了“數(shù)字邏輯鎖電路”內(nèi)容，在FPGA教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，引入了“汽車尾燈及其控制電路”實(shí)驗(yàn)，用題目和內(nèi)容來引起學(xué)生的注意，使得學(xué)生覺得學(xué)有所用從而提高數(shù)字電路的學(xué)習(xí)興趣。這種方式的教學(xué)，可使得學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，參與實(shí)驗(yàn)的積極性增強(qiáng)，從而提高他們的對學(xué)習(xí)知識的動力，有了動力，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容和方法改革

數(shù)字電路課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)等。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是結(jié)合數(shù)字電路理論實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的，是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電路動手能力的入門，它可以驗(yàn)證、加強(qiáng)、鞏固學(xué)生對理論知識的理解。但是，由于這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)果是可以預(yù)知的，學(xué)生對于這類實(shí)驗(yàn)興趣不大，熱情也不高漲，甚至有些學(xué)生直接不參與實(shí)驗(yàn)電路的搭建，直接根據(jù)理論課內(nèi)容寫出結(jié)果。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，對于學(xué)生能力的培養(yǎng)恰恰起到了相反的抑制作用。由于設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和探索精神，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)從驗(yàn)證性內(nèi)容向設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)變，課堂實(shí)驗(yàn)應(yīng)該以設(shè)計性實(shí)驗(yàn)為主，并且大幅度的增加大型綜合性實(shí)驗(yàn)，這樣可以使學(xué)生靈活的運(yùn)用所學(xué)的知識和技能，提高創(chuàng)新的能力。對于教學(xué)方法也應(yīng)當(dāng)有所改進(jìn)。任何實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生必須預(yù)習(xí)，而預(yù)習(xí)的好與壞直接決定著做實(shí)驗(yàn)的成功與失敗。然而大多數(shù)學(xué)生在寫預(yù)習(xí)報告時只是把實(shí)驗(yàn)書上的原理，內(nèi)容，電路圖抄一下，沒有完全的通過自己的思考進(jìn)行設(shè)計，這樣會造成學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時手忙腳亂，遇到問題無法自行解決，達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。[3]因此，可以在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入EDA技術(shù)，要求學(xué)生預(yù)習(xí)時將自己所設(shè)計的電路用multisim等軟件進(jìn)行模擬仿真，并且通過仿真來驗(yàn)證結(jié)果。在仿真中學(xué)生可以與教材上不同的方法來進(jìn)行設(shè)計，這樣，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對實(shí)驗(yàn)原理等都有了深刻地理解，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的任務(wù)主要是將實(shí)物電路與虛擬電路進(jìn)行比較，通過實(shí)物電路來驗(yàn)證設(shè)計仿真的正確性，因此可顯著提高教學(xué)效果

（三）多種形式引導(dǎo)學(xué)生自我學(xué)習(xí)知識

對于學(xué)生知識的獲取途徑，不光光是課堂的教學(xué)傳授，還可以有以下多種途徑：（1）隨著我們科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，可以適當(dāng)?shù)乩镁W(wǎng)絡(luò)、多媒體發(fā)揮現(xiàn)代教育的技術(shù)優(yōu)勢，使得我們的教學(xué)方式可以得到相應(yīng)改善。教師或者所在課題組可以建立一個相關(guān)的教學(xué)網(wǎng)站，將數(shù)字電路試驗(yàn)相關(guān)的課件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)計劃全部發(fā)布到網(wǎng)站上，供學(xué)生查閱下載，學(xué)生也可以在網(wǎng)站上進(jìn)行咨詢，提出改進(jìn)意見。（2）教師也可以以“慕課”的形式制作“微視頻”，發(fā)布給學(xué)生，鼓勵學(xué)生結(jié)合觀看“微課”后進(jìn)行各種各樣的討論與辯論，包括教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間、全班性的或小組的討論與辯論。

四、結(jié)束語

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一個長期過程。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新理論、新技術(shù)、新設(shè)備和新的仿真軟件將不斷出現(xiàn)，數(shù)字電路教學(xué)模式也需要不斷改進(jìn)。

（作者單位：南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]盧慶利.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展趨勢[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，1997，（3）：8-10

[2]王澄非.電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實(shí)踐[M].南京：東南大學(xué)出版社.

[3]邱紅.在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與設(shè)計中引入EDA的必要性[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2006，（1）：73～74.endprint