應(yīng)用型本科數(shù)字電路與邏輯設(shè)計教學(xué)改革

楊廷來

【摘 要】數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程的教學(xué)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和經(jīng)驗積累，教學(xué)過程和教學(xué)方法基本都已有了成熟模式，各大工科院校關(guān)于該門課程的精品課程也有不少。但因為應(yīng)用型本科或?qū)？圃盒５膶W(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱，接受能力和學(xué)習(xí)能力有限，導(dǎo)致常規(guī)教學(xué)方法和教學(xué)模式在應(yīng)用型本科或?qū)？圃盒嵤┢饋韰s不太順利。本文就應(yīng)用型本科或?qū)？圃盒５臄?shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗課程教學(xué)提出了應(yīng)用教學(xué)方法，以更好地適應(yīng)學(xué)生。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路與邏輯設(shè)計；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工作以及軟件工程等計算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該門課程是對其先修課程為電工電子學(xué)的深入和鞏固，是其后續(xù)課程計算機(jī)組成原理的基礎(chǔ)，故該門課程在計算機(jī)專業(yè)的硬件課程體系中起著承上啟下的作用，如果學(xué)生不能較好的掌握對該門課程，對后續(xù)的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程設(shè)計以及后續(xù)計算機(jī)組成原理課程產(chǎn)生較大的影響。

然而對于應(yīng)用型本科或者專科院校的學(xué)生而言，他們基礎(chǔ)相對較為薄弱，學(xué)習(xí)能力和接受能力有限，而該門課程作為硬件基礎(chǔ)課程，雖然知識點相對較少，電路也相對簡單，理論課的知識基本能夠掌握，但實驗課卻不太理想。雖然從課本的電路圖到實際的實驗箱的接線，或者是從接線圖到實際動手接線都是一一對應(yīng)，非常直觀，實驗順利的學(xué)生又覺得沒意思，實驗出現(xiàn)故障的不順利的時候，部分學(xué)生會向老師求助，而剩下的要么胡亂操作，要么直接放棄，打擊學(xué)生自信心和學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。

一、目前數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的教學(xué)方法分析

當(dāng)前數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的教學(xué)模式主要分為課堂教學(xué)、課程內(nèi)實驗教學(xué)和課程設(shè)計，其中課堂教學(xué)主要采用理論分析、知識點講解、以及例題分析，然后布置課后作業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)行課后練習(xí)以掌握應(yīng)知應(yīng)會的知識。實驗教學(xué)以驗證型實驗為主，通常是老師講解或者進(jìn)行實驗演示后，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書進(jìn)行實驗，然后根據(jù)實驗結(jié)果撰寫實驗報告。課程設(shè)計是以加深學(xué)生對該門課程的理解和深入學(xué)習(xí)，應(yīng)用數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程知識完成課題任務(wù)的設(shè)計，一般采用multisim軟件進(jìn)行設(shè)計和仿真。

上述課堂教學(xué)只能讓學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識點，而當(dāng)學(xué)生在實際中遇到問題時，卻一臉茫然，不知所措。這一點在實驗教學(xué)中便凸顯出來，雖然給予學(xué)生講解實驗該如何進(jìn)行，如何接線，但學(xué)生操作起來，便只會依葫蘆畫瓢，一旦實驗不成功，或者出現(xiàn)偏差，就不知道如何查找問題，如何解決問題。同時，還有部分同學(xué)按照原理圖接好線，然后記錄結(jié)果，正好與理論相符，覺得太簡單、太容易了，沒意思。于是出現(xiàn)了實驗成功的覺得沒意思，實驗失敗的覺得好難，不管是哪一種，都沒有真正的掌握透徹應(yīng)知應(yīng)會的東西。

二、故障排除教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用

為了讓學(xué)生除了掌握應(yīng)知應(yīng)會的知識點外，還能夠多掌握一定發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法，讓數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課教學(xué)效果稍微好一點，本文提出將故障教學(xué)應(yīng)用到課堂教學(xué)和實驗教學(xué)。讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中除了學(xué)習(xí)理論知識的同時，學(xué)習(xí)一些解決問題的方法，然后將這些方法在實驗教學(xué)中進(jìn)行練習(xí)，并在實際操作中掌握發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，提高學(xué)生的自信心，加深學(xué)習(xí)興趣。

（一）課堂教學(xué)中的應(yīng)用

作為一門硬件課程，硬件的連接難免出現(xiàn)各種各樣的故障，而純理論的教學(xué)基本都是基于理想情況下進(jìn)行的，如果只掌握理論知識，掌握的再好，也無異于紙上談兵，這一點在學(xué)生期末完成課程設(shè)計的時候就凸顯出來了。讓學(xué)生完成單獨一個芯片的仿真，有學(xué)生不知道芯片的輸入信號怎么給，輸出信號又該接到哪里去，出現(xiàn)問題了更是不知道如何檢查排錯。

因此，將各種電路故障引入到教學(xué)中，學(xué)生方才知道課堂上講的輸入信號、輸出信號哪里來、哪里去。如此便能使學(xué)生能夠清晰直觀的通過仿真和故障排除的仿真教學(xué)，理解理和掌握理論知識。尤其是對于基礎(chǔ)較為薄弱，對實際電路沒有接觸過的應(yīng)用型本科院校的學(xué)生而言，面對一個小的故障，也許都不知所措，所以在課堂上提前進(jìn)行故障分析，讓學(xué)生有所了解，掌握故障的排除和解決方法是很有必要的。

下面以數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程入門必須掌握的74ls138譯碼器為例。在課堂教學(xué)中，往往只會講輸入高低電平（1/0），學(xué)生往往不會接下拉電阻，而是以為開關(guān)撥上去閉合就是接+5V為邏輯1，斷開就是邏輯0，。而實際上斷開輸入引腳是懸空狀態(tài)，而非接地（邏輯0）。

故障分析教學(xué)，例如如果74ls138譯碼電路的Y0-Y3可以正常譯碼顯示，而Y4-Y7無法正常譯碼顯示，分析該電路可能出現(xiàn)故障的地方以及故障確定方法。因為3-8電路輸入三位二進(jìn)制，低兩位可以正常譯碼，Y4往后無法譯碼，則可能是輸入信號C端沒有高電平，用萬用表測量C引腳電壓即可。如果C腳電壓正常，則測量100～111譯碼后對應(yīng)的Y4- Y7引腳的電壓，如果正常譯碼則可能LED1有問題，否則74ls138譯碼器損壞。

類似于上面簡單實用的故障分析及故障確定的方法，能夠讓學(xué)生跳出枯燥的純理論學(xué)習(xí)和解題的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生的“工程師”思想，即發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，確定問題并解決問題的思維和能力。

（二）實驗教學(xué)中的應(yīng)用

課堂上使用故障分析教學(xué)方法，將分析問題的思維帶給學(xué)生后，在實際電路操作實驗中，學(xué)生能夠使用這種思維去解決實驗中遇到的電路故障，但有些問題卻用課堂上的知識無法直接解決，比如關(guān)于引腳懸空的問題，。課堂上懸空引腳一般默認(rèn)我輸入邏輯0，但實際電路中，有些電路卻默認(rèn)為高電平，比如二輸入與門、三輸入與門、當(dāng)只給其中一個輸入引腳接入高電平（+5V），二輸入或門接低電平（0V）時，輸出都是高電平，說明懸空的引腳都是默認(rèn)的高電平，而非低電平。

同時，通過課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，能夠讓學(xué)生意識到，電路中的輸入信號如果不用，一般是不可以懸空的，除了上述的默認(rèn)高電平還是低電平的問題以外，還有就是輸入信號引腳懸空，容易受到外界的干擾。

三、改革效果

通過將故障排除教學(xué)法引入到課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，效果良好。課堂上不再是純粹的理論，學(xué)生不再認(rèn)為簡單的認(rèn)為知道理論就可以了，通過故障排查和故障解決，激發(fā)了學(xué)生在課堂上查找問題和解決問題的興趣。在找問題、解決問題的過程中，將理論知識掌握的更牢固。該方法尤其是在實驗教學(xué)中體現(xiàn)的最為明顯，學(xué)生逐漸變得積極參與，認(rèn)真對待，重點是不再是一出故障就只會找老師請教，開始學(xué)會自己查找問題和解決問題。

四、結(jié)束語

對于應(yīng)用型本科學(xué)生的教學(xué)，純理論知識的學(xué)習(xí)讓學(xué)生學(xué)的較為痛苦，應(yīng)跟多的與實際應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生切實的去看到和感受到理論和實踐之間的關(guān)系，理論指導(dǎo)實踐，實踐補(bǔ)充理論。理論武裝大腦，實踐提高興趣，并將知識深入的理解到位，這正是我們教學(xué)的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡愛明.數(shù)電課程設(shè)計教學(xué)改革的實踐與反思[J].科技風(fēng)，2019（18）：58.

[2]郭立強(qiáng).數(shù)字電路實驗進(jìn)階式問題驅(qū)動教學(xué)研究[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，18（02）：180-182+185.

[3]單玉燕.數(shù)字邏輯電路教學(xué)方法的探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（23）：227.

[4]陳嵐，李曉輝.“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程教學(xué)改革初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（27）：212-213.