《數字電子技術》課程教學研究和探索

宋璐　王紅霞

【摘 要】針對當前《數字電子技術》課程理論學時減少、開設時間提前、實踐要求提高等新形勢，從理論教學、實踐教學和課程評價三個方向出發，提出了一些經驗和建議：在課堂教學過程中，從優化教學內容、調整講課順序入手，引入EDA仿真軟件，提高學生的學習興趣，幫助學生理解基礎知識；教學和實驗過程中注重與生活實踐相結合，培養學生的工程應用思維和能力；改進成績評價體系，注重全面性和持續性，培養學生積極的學習態度。

【關鍵詞】數字電子技術；教學方法；評價方法；學習興趣

《數字電子技術》是一門實踐性很強的課程，主要分析研究各種邏輯門、集成電路的功能及應用，組合邏輯和時序邏輯電路的分析和設計，脈沖波形的產生和整形等[1]。隨著數字化、集成化的飛速發展，它已成為許多基于“數電”的新課程的必不可少的主干課，例如單片機、DSP、FPGA、嵌入式系統等[2]。它是聯系公共基礎課程與專業課程之間的重要橋梁，并且與實際器件、工程分析與設計緊密相關 [3]，是工科高等學校電子技術方面的技術基礎課程。目前我校開設該課程的有電子科學與技術、自動化、電氣、電信類等電類專業，以及應用物理、材料物理、光電科、醫工等非電類專業。隨著各個專業進行教學改革并制定新的培養方案，傳統的數電教學模式和教學內容有待進一步改革和優化。本文從理論教學、實踐教學和課程評價三個方向出發，進行了一些探索和改進。

1 改革理論課堂教學

1.1 優化教學內容

根據我校新的教學大綱，《數字電子技術》的理論教學課時從64學時壓縮至56學時。基于課時縮減的要求，主要從兩方面對教學內容進行了優化：一方面，根據教學大綱對授課內容進行刪減，重點講解每一章的基本概念，突出原理和應用；另一方面，根據學生專業方向和對數電要求的側重面不同，優化教學內容，分為必修和附加兩部分，做到“按需施教”。

例如門電路一章，對于非電專業，省略復雜的電路內部結構介紹，只講解門電路基本邏輯關系，工作特點和性能參數等基礎概念；而對于電專業，則在基本理論之上增加講述當前應用更廣的COMS門電路，而TTL門電路刪略不講，留作閱讀材料。

1.2 調整講課順序

傳統的教學順序中，學生先學習電路基礎和模擬電子技術，然后學習數字電子技術。數電一般都是在大三上學期進行講授，但是這樣就導致單片機、DSP、FPGA等實踐性課程滯后，影響了學生在大學期間進行實踐動手能力的培養[4]。

隨著各專業培養計劃的調整，一部分專業已實施數電與模電同學期開設的培養方案。由于數電學習時間提前，部分內容安排根據需要進行調整。例如講到門電路時，學生仍不具備半導體物理的一些基本知識，這時先講解基本的邏輯功能，具體的電路結構分析等到相應的模電內容學完時再進行。此時學生已經掌握了相關半導體的內容和知識，引導學生在課堂下進行延伸閱讀，查閱相關資料，進一步利用半導體器件設計一些簡單的電子產品，從而培養學生的自學能力和對電路設計的興趣。

1.3 運用仿真軟件

數電的學習注重邏輯分析，在學習過程中比較抽象，單靠理論講解，有的知識點學生一時難以消化。因此在教學過程中引入了EDA仿真軟件，在課堂上利用EDA快速設計及講授與課堂內容相匹配的一些電路，現場進行仿真演示，用直觀的波形數據使抽象的數電理論形象化，讓學生有直觀的印象，可以極大地提高學生的學習興趣，并幫助學生理解相關知識點以及相應的電路結構。

比如講到555定時器構成的多諧振蕩器電路時，現場利用EDA軟件畫出電路，直接演示參數改變對波形的影響，通過形象的演示，提高了學生的課堂關注度，加深對知識的理解。

1.4 培養工程應用能力

在數電的學習過程中會學習到種類繁多的集成電路，如數據選擇器74153，譯碼器74138等。不僅要訓練學生分析使用已經學過的集成電路芯片的能力，還要培養學生在遇到不曾使用過的集成電路時，通過閱讀數據手冊掌握芯片使用方法的能力。

在講課過程中，有意挑選若干典型的集成電路芯片，引導學生進行相關芯片數據手冊的閱讀和分析，促進學生從手冊中準確理解芯片的功能表，性能指標，時序邏輯控制等關鍵特性。

教學過程中配備相應的實物展臺進行課堂實物展示，給學生以更深刻的印象，增加學習的熱情。在課下布置小任務，引導學生通過網絡或當地電子市場，實地了解一些常用的集成電路芯片的型號、性能和價格，并根據需求進行選擇，提升學生的實際應用能力。

2 改革實踐教學環節

對于一部分學生，特別是非電類專業，從學習電路基礎開始，就感到困難重重，原因是缺少電路基本知識，對生活中電子產品缺乏興趣，他們學習本課程知識僅是為了獲得學分，對于課程的意義和實用性并不清楚。針對這部分學生的特點，通過加強實踐環節，可以有效地讓他們了解學習數電的意義，提高學習的主觀能動性。

2.1 實驗內容設計

目前實踐環節中，最主要的問題是為了做實驗而做實驗，學生不能把理論知識和實際操作結合起來，存在一些學生理論知識掌握的不錯，但實際操作應用能力比較薄弱，不懂得如何用所學知識發現問題解決問題。這就要求教師引導學生帶著問題做實驗，在理論教學中留下一些疑問，讓學生在實踐環節中自己尋找答案，進行驗證。比如對于RS觸發器“不定”狀態這一概念，不易理解，在實驗內容中設計對RS觸發器的功能驗證，讓學生在動手操作過程中切實了解“不定”的含義。

同時，增加設計性實驗的數量，為學生提供更多的選擇性，學生可根據自身的興趣選擇合適的題目進行實驗，有助于提高學生的積極性和培養創新能力。

2.2 實驗環境升級

在實驗中用QuartusII 9.0設計開發軟件替代原有的MaxplusII，主要目的在于：一是，保持與時俱進，當前軟件開發公司已經停止了對MaxplusII軟件的升級，改為推廣QuartusII軟件，后者的企業應用更為廣泛；二是，之后現代電子系統設計等專業課也將應用QuartusII軟件，在數電學習階段提前使用，為后續熟練應用該軟件進行高階開發打下良好的基礎。

在之前的試驗中，部分實驗設備的老舊影響了正常的實驗教學效果。后續即將投入使用的綜合實訓系統，集成了模擬電路模塊，數字電路模塊，EDA設計模塊和單片機模塊等，不僅滿足數電實驗要求，還可承擔后續多門專業課的實驗和課程設計。對相關實驗硬件的升級增強了與后續實驗課程的銜接，有利于相關實驗課程的整合，進行綜合性實訓。

3 完善課程評價體系

目前由于我校的電子技術實驗單列，《數字電子技術》由平時成績和期末考試兩部分組成：平時成績占20%，包含學生的上課出勤率和平時的作業完成情況；期末考試占80%。

這種評價體系存在一定的片面性，期末考試權重較大，不利于對學生的學習表現和效果進行全學期的綜合評價，也不利于學生在學習過程中隨時把握自身情況，且容易造成學生考前突擊。

為改進這一問題，在日常教學過程中增加過程性評價，設計多次隨堂小測試，隨機提問一到兩個問題，既可以復習鞏固上一節課的知識重點，查看學生的掌握情況，也可以取代點名，跳脫傳統的出勤考核模式。多次隨堂小測試成績取平均值計入最后成績，從而在整個學期時段內提高學生的關注度和積極性。

4 結束語

《數字電子技術》課程教學的研究與探索是一項長期的工程，需要不斷的在實際教學中吸取教訓，總結經驗。針對不同的開設專業，設計多樣的培養方案和針對性的教學模式，不斷摸索，積極創新，通過改進教學內容、方法和手段，提高學生的學習興趣，提升教學質量。

【參考文獻】

[1]閻石.數字電子技術基礎[M].4 版.北京：高等教育出版社，1998.

[2]潘明，潘松.數字電子技術基礎[M].北京：科學出版社，2008.

[3]王波，張巖，王美玲.“數字電子技術實驗”課程的改革[J].上海： 實驗室研究與探索， 2012，31（9）：121-123.

[4]晉春，李峰，張尤賽，張佳.基于培養學生應用和創新能力的“數字電子技術”課程的教學改革與實踐[J].上海：科技視界，2015（17），38-39.

[責任編輯：王偉平]