淺談項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法在數(shù)字電路課程中的應(yīng)用

張曉波

摘要： 《數(shù)字電路》是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。在培養(yǎng)高素質(zhì)本科應(yīng)用型人才的要求和背景下，云南大學(xué)旅游文化學(xué)院在該課程上，嘗試以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)方法。從現(xiàn)階段的改革情況來(lái)看，該教學(xué)方法在一定程度上提高了學(xué)生對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣及熱情，取得了較好的教學(xué)效果。

Abstract： Digital Circuit is a professional basic course for electronic information engineering specialty. Under the requirements and background of cultivating high-quality application-oriented talents， the Tourism and Cultural College of Yunnan University tries to replace traditional teaching methods with project driven teaching method. From the implementation of the current situation， the teaching method， to a certain extent， improves the students' interest in learning the course and enthusiasm， and has achieved good teaching results.

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電路;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);教學(xué)改革

Key words： Digital Circuit;project driven;teaching reform

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0233-03

0 引言

云南大學(xué)旅游文化學(xué)院作為一所本科獨(dú)立院校，一直以培養(yǎng)高素質(zhì)本科應(yīng)用型人才為辦學(xué)宗旨，在制定人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱及教學(xué)計(jì)劃時(shí)，均要求教師的日常教學(xué)要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，某些課程甚至要求以實(shí)踐為主，或者全實(shí)踐授課，其目的是為了充分培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

在這樣的要求和背景下，筆者所在的電子信息工程教研室經(jīng)過(guò)多次討論，決定在數(shù)字電路課程率先采取行之有效的改革措施。改革目標(biāo)是對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行大力革新，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，側(cè)重實(shí)踐，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。為此，筆者及教研室請(qǐng)教了許多專(zhuān)家、教授和同行，認(rèn)真聽(tīng)取他們的意見(jiàn)和建議，并參考學(xué)習(xí)其他學(xué)校的做法，最后決定在數(shù)字電路這門(mén)課程中，采用偏重于實(shí)踐的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)方法，以提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力[1]。從目前的實(shí)施情況來(lái)看，該教學(xué)方法在一定程度上激發(fā)了學(xué)生對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣及熱情，提高了學(xué)生的實(shí)踐與應(yīng)用能力，提升了教學(xué)效果，在學(xué)生中取得了良好的反響。

1 數(shù)字電路教學(xué)現(xiàn)狀

在本校電子信息工程專(zhuān)業(yè)的課程體系中，數(shù)字電路的先修課程是電路分析基礎(chǔ)和模擬電路，后續(xù)課程涉及單片機(jī)與接口技術(shù)等課程，數(shù)字電路課程具有承上啟下的地位和作用，十分重要。但該課程的教學(xué)普遍存在以下兩個(gè)問(wèn)題：①在課程內(nèi)容的設(shè)置上，該課程主要講授的是三部分，一是邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，二是組合邏輯電路，三是時(shí)序邏輯電路[2]，大多數(shù)課時(shí)作為理論課，主要用于講授枯燥的邏輯代數(shù)知識(shí)，或者介紹常用的中小規(guī)模集成電路，卻很少教授這些集成電路在各類(lèi)數(shù)字系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生并不清楚這些集成電路到底有何用途。即使是實(shí)驗(yàn)部分，與該課程配套的大部分實(shí)驗(yàn)課，按傳統(tǒng)的課程安排，都是驗(yàn)證中小規(guī)模集成電路的邏輯功能，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)較少，甚至沒(méi)有，學(xué)生在做完驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)集成電路的原理一知半解，很難加以綜合運(yùn)用。②傳統(tǒng)的教學(xué)方法是填鴨式的，教師站在講臺(tái)上講得口干舌燥，苦口婆心但對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)卻如同催眠，學(xué)生坐在下面哈欠連天，昏昏欲睡，造成這種現(xiàn)象普遍存在的原因，是因?yàn)榻處熢谡n堂上講授的內(nèi)容，大部分都是枯燥乏味的，而學(xué)生又是被動(dòng)聽(tīng)講，因此學(xué)生在大多數(shù)時(shí)候都很難對(duì)課程產(chǎn)生興趣。

總之，該課程在內(nèi)容設(shè)置上及教學(xué)方法上，都很難達(dá)到側(cè)重實(shí)踐與應(yīng)用的教學(xué)要求，難以培養(yǎng)出高素質(zhì)本科應(yīng)用型人才，迫切需要進(jìn)行改革。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，云南大學(xué)旅游文化學(xué)院的數(shù)字電路課程對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)理論體系及教學(xué)方法進(jìn)行了較大幅度的改革，主要是以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，同時(shí)刪減理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)，提高實(shí)踐學(xué)分和學(xué)時(shí)在該課程中所占的比例，最后使得理論課與實(shí)踐課各占50%，即理論部分與實(shí)踐部分均使用36學(xué)時(shí)進(jìn)行教學(xué)。具體改革措施如下：

①刪減理論教學(xué)內(nèi)容。云南大學(xué)旅游文化學(xué)院的數(shù)字電路課程所使用的教材是清華大學(xué)出版社閻石教授主編的《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》，該教材在內(nèi)容編排上共分為九個(gè)章節(jié)[3]。由于理論課時(shí)僅安排36個(gè)學(xué)時(shí)，因此必須對(duì)這九個(gè)章節(jié)進(jìn)行合理的刪減。具體的刪減原則，是牢牢把握以實(shí)踐為主的改革思路，將該課程的教學(xué)重點(diǎn)放在集成電路的邏輯功能、測(cè)試方法、實(shí)際用途及擴(kuò)展應(yīng)用等內(nèi)容的講授上，少講甚至完全拋棄不講集成邏輯門(mén)、觸發(fā)器、存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理。按照上述原則對(duì)該課程理論部分的教學(xué)安排如表1所示。

②增加實(shí)踐學(xué)分和學(xué)時(shí)，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法促進(jìn)理論教學(xué)的效果。具體是以三人表決器、八路搶答器、數(shù)字時(shí)鐘和延時(shí)燈等四個(gè)項(xiàng)目貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，將實(shí)踐與理論緊密結(jié)合[4]。在實(shí)踐這些項(xiàng)目時(shí)，首先向?qū)W生提出具體的功能和要求，啟發(fā)學(xué)生思考該如何完成這些項(xiàng)目，接著引入相關(guān)的理論知識(shí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論時(shí)，同步使用相應(yīng)的器件進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)。最后要求學(xué)生寫(xiě)出項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告，展示實(shí)踐成果，走上講臺(tái)陳述實(shí)踐心得與體會(huì)，回答老師和同學(xué)的提問(wèn)，鍛煉學(xué)生各方面的能力。上述四個(gè)項(xiàng)目的學(xué)時(shí)安排如表2所示。endprint

3 四個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的核心是項(xiàng)目。選取三人表決器、八路搶答器、數(shù)字時(shí)鐘和延時(shí)燈等四個(gè)項(xiàng)目作為核心實(shí)踐項(xiàng)目，是因?yàn)樵谶@四個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中，恰好能夠?qū)?shù)字電路課程的理論基礎(chǔ)知識(shí)，巧妙地穿插于這四個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目中，達(dá)到以實(shí)踐教學(xué)促進(jìn)理論教學(xué)的目的。另外，僅選取四個(gè)項(xiàng)目，而不是更多的項(xiàng)目，一是出于對(duì)課時(shí)的考慮，二是出于對(duì)學(xué)生負(fù)擔(dān)的考慮。若選取的項(xiàng)目太多，在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生將難以完成所有項(xiàng)目的實(shí)踐，勢(shì)必會(huì)增加學(xué)生在課外的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。再考慮到實(shí)踐項(xiàng)目時(shí)要消耗大量的電子元器件等耗材，因此僅選取四個(gè)項(xiàng)目作為學(xué)生的核心實(shí)踐項(xiàng)目，是比較適宜的。四個(gè)項(xiàng)目的具體選取原則及說(shuō)明如下：

①三人表決器。三人表決器的電路結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要采用小規(guī)模集成的門(mén)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，僅用三個(gè)二輸入與門(mén)和一個(gè)三輸入或門(mén)，或者三個(gè)二輸入與非門(mén)和一個(gè)三輸入與非門(mén)，再加少量的電阻、按鍵等元件即可實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐該項(xiàng)目的目標(biāo)是讓學(xué)生充分理解數(shù)字電路基本單元邏輯門(mén)，如與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)等邏輯門(mén)的原理和用途。除此之外，在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，還會(huì)涉及到電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、邏輯函數(shù)的表示及化簡(jiǎn)方法、邏輯門(mén)的驗(yàn)證方法等知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生將更好地理解上述理論內(nèi)容。

②八路搶答器。八路搶答器主要涉及到編碼器、譯碼器等中規(guī)模組合邏輯集成電路的運(yùn)用。該項(xiàng)目緊密聯(lián)系了數(shù)字電路課程前半部分的理論知識(shí)，包括邏輯代數(shù)基礎(chǔ)與組合邏輯電路的特點(diǎn)、分析方法與設(shè)計(jì)方法。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生將強(qiáng)化理解上述知識(shí)點(diǎn)，熟練掌握優(yōu)先編碼器、譯碼器等組合邏輯電路的功能及用途，還可以直觀感受到競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)現(xiàn)象所帶來(lái)的影響。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在設(shè)計(jì)制作八路搶答器的過(guò)程中，穿插引入與組合邏輯電路相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生的接受能力較好，學(xué)習(xí)興趣和熱情也較高。

③數(shù)字時(shí)鐘。本項(xiàng)目要求學(xué)生設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字時(shí)鐘，分別用兩位數(shù)碼管顯示分和秒。由于電路中既包含了時(shí)序邏輯電路，也包含了時(shí)序邏輯電路，因此通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生可進(jìn)一步地學(xué)習(xí)與掌握各種中小規(guī)模的組合邏輯集成電路或時(shí)序邏輯集成電路的結(jié)構(gòu)原理與使用方法。另外，由于該項(xiàng)目的綜合性較高，學(xué)生從計(jì)算機(jī)仿真開(kāi)始，到實(shí)驗(yàn)室用實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證，再到最后的焊接電路與調(diào)試，這一系列步驟，都將有助于學(xué)生熟悉數(shù)字電路的一般設(shè)計(jì)方法與步驟，有助于學(xué)生了解計(jì)數(shù)器、鎖存器等中小規(guī)模集成電路的使用注意事項(xiàng)，加深相關(guān)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。

④延時(shí)燈。555定時(shí)器是一種工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉的集成電路，被廣泛運(yùn)用于各類(lèi)電子產(chǎn)品中，因而本課程要求學(xué)生熟知555定時(shí)器的功能及原理，熟練掌握555定時(shí)器的使用方法。本項(xiàng)目正是要求學(xué)生利用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)易延時(shí)燈，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)后，LED燈點(diǎn)亮，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，LED燈自動(dòng)熄滅。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生將更加深入地理解555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并能做到舉一反三的應(yīng)用。實(shí)踐證明，由于該項(xiàng)目十分貼近日常生活，因而學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常之高，教學(xué)效果較佳。

4 考核辦法

云南大學(xué)旅游文化學(xué)院的數(shù)字電路課程將理論部分與項(xiàng)目實(shí)踐部分分開(kāi)進(jìn)行考核。其中，理論部分仍然采用與校內(nèi)其他課程一致的考核方式，即“2+2+6”，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的20%，期中成績(jī)占總成績(jī)的20%，期末成績(jī)占總成績(jī)的60%。項(xiàng)目實(shí)踐部分則按照四個(gè)項(xiàng)目階段分別進(jìn)行評(píng)分，每個(gè)項(xiàng)目階段的評(píng)分占總成績(jī)的25%。而每個(gè)項(xiàng)目階段的評(píng)分，又分為項(xiàng)目是否按時(shí)完成、是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果、焊接工藝是否規(guī)范、項(xiàng)目報(bào)告書(shū)是否完備、答辯是否通過(guò)等多個(gè)方面，分別進(jìn)行評(píng)分。

5 教學(xué)效果

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法在數(shù)字電路課程中的應(yīng)用目前已在電子信息工程專(zhuān)業(yè)2014級(jí)和2015級(jí)學(xué)生進(jìn)行了改革嘗試。與該課程在2013級(jí)學(xué)生以前的教學(xué)相比，在2014級(jí)和2015級(jí)的教學(xué)過(guò)程中，筆者作為任課教師的直觀感受是，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情均有顯著的提高，課堂氣氛也較為活躍，學(xué)生對(duì)數(shù)字集成電路的綜合應(yīng)用能力得到顯著的提高。

從學(xué)生的角度而言，筆者在改革之前和改革之后，均在學(xué)期末對(duì)2013級(jí)、2014級(jí)、2015級(jí)學(xué)生展開(kāi)了問(wèn)卷調(diào)查，設(shè)計(jì)了一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題，了解學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)情況，借此評(píng)估該課程在改革前后所取得的教學(xué)效果有什么不同。問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

上述問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明，與2013級(jí)的學(xué)生相比，2014級(jí)和2015級(jí)的學(xué)生，在教學(xué)周期內(nèi)，對(duì)數(shù)字電路課程始終保持著學(xué)習(xí)興趣和熱情的人數(shù)比例有較大的提升。與此同時(shí)，自認(rèn)為較好地掌握了該課程內(nèi)容、基本掌握常用MSI的使用方法、基本具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單數(shù)字系統(tǒng)的能力的學(xué)生比例，也有明顯上升。

雖然該統(tǒng)計(jì)結(jié)果由于統(tǒng)計(jì)的學(xué)生人數(shù)較少，設(shè)置的問(wèn)題數(shù)量較少，問(wèn)題本身也比較簡(jiǎn)單，因而從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度嚴(yán)格來(lái)講，該結(jié)果并不具備統(tǒng)計(jì)意義，但該結(jié)果還是可以從一定程度上說(shuō)明，由于數(shù)字電路課程引入了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，教學(xué)效果顯然要比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更好。

6 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字電路課程若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，難以培養(yǎng)出應(yīng)用型人才，必須進(jìn)行教學(xué)改革，將理論與實(shí)踐進(jìn)行緊密結(jié)合，力圖貼近實(shí)際應(yīng)用與日常生活，如此才能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，為學(xué)生后續(xù)的專(zhuān)業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)筆者及所在教研室的摸索與嘗試，目前的教學(xué)結(jié)果表明，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課程，或是以項(xiàng)目主導(dǎo)課程的教學(xué)方法，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較為濃厚，課堂氣氛較為活躍，學(xué)生的主觀能動(dòng)性得到充分的發(fā)揮，學(xué)生更容易理解相關(guān)理論知識(shí)，后續(xù)的應(yīng)用能力也更強(qiáng)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，是值得在其他課程中推廣和應(yīng)用的教學(xué)方法。

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