淺談在數字電路教學中培養工程能力

徐東 胡曉光 劉敬猛 王建華 張靜 張秀磊

摘要：數字電路教學的內容和形式，在培養學生與時俱進的工程能力方面存在不足。文章討論了教學中存在的幾個關鍵問題：基礎知識的重要性和融入新的知識在學時上存在矛盾，相關課程之間內容協調會影響教學效果，實踐能力不足需要彌補解決。通過探討這些問題的解決方法，希望能夠對提高數字電路的教學水平有些益處。

關鍵詞：數字電路;工程能力;課程聯系;教學實踐

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）40-0225-02

一、引言

數字電路是高等院校工科教學的一門重要的專業基礎課程，在電類課程體系中具有舉足輕重的作用。大學里，工科專業的學生都要學習幾門“電類”的課程。專業不同，課程要求的深度會有差別.從知識體系來看，數字電路這門課程，在電類課程的知識樹中，處于承上啟下的關鍵位置[1，2]。以電路分析和模擬電路為基礎，數字電路探討以數字信號為基礎的邏輯和時序的關系，是計算機技術發展的理論基礎。在教學過程中，數字電路是計算機原理、編程語言、計算機軟件等課程的先修課程。

工科學校學生需要培養的關鍵能力是工程能力。《中國工程教育認證通用標準》中列出了本科生畢業應該達到的12條要求[3]。對照這些，學生通過該課程的學習，應能正確掌握數字電路的基本理論和設計方法，并具備一定的實踐應用能力[4，5]。目前，數字電路的教學還存在一些問題。數字電路課程內容豐富，但學時卻在不斷減少，使得學生在課堂上沒有過多的時間理解所學知識，難以跟上教師的節奏，導致他們失去學習的興趣。而且，隨著電子技術的迅猛發展和電子行業對人才的需求，數字電路課程的傳統教學內容和形式已遠遠不能滿足社會需要[6]。本文將針對工程能力培養方面存在的一些問題做些討論，希望能夠拋磚引玉。

二、內容更新和傳統基礎知識的矛盾

數字電路是較為傳統的課程，內容仍舊是十幾年前的理論知識。這些知識對于建立數字電路的知識系統和理論結構，是很重要的。而目前的數字電路以大規模和大數據的集成電路為主。嵌入式系統技術幾乎覆蓋社會的各個領域。如果我們不考慮如何改進課程內容，夯實學生知識結構，以適應學生的就業需求，教學發展就難于跟上時代步伐，課堂教學效率自然也就下降，并違背了現代高校“以學生為本”的教學理念。

典型的例子是硬件編程語言如何在數字電路中的講授問題。由于可編程器件的發展，硬件編程語言已經成為數字邏輯的一種重要描述方式，在教學中應該有所體現。然而，如果講授Verilog這樣的語言，如何在有限的學時中能夠講授清楚，如何保證基本數字電路概念不受影響，這是一個矛盾的問題。針對這個問題，有效的解決方法是用硬件編程語言進行典型組合和時序電路的設計，以例子引導學生理解這種描述方式和邏輯電路的關系。由于學時的占用，弱化74系列集成電路的講解，而是以典型組合和時序電路模塊的形式討論其原理和應用特點，重點要讓學生理解邏輯和時序的基本概念。

三、相關課程聯系松散，目標不能協調統一

建立完善的電類知識體系，是學生提高工程能力的重要基礎。數字電路和模擬電路、單片機這些專業課之間的聯系不夠緊密，缺乏統一的目標，對教學效果產生消極的影響。往往是學習一門課程之后就立刻考試，學生也就很快投入緊張的復習之中，等學生拿到該課程的學分后就不再對此項課程進行回顧和歸納分析，而是立馬投入下一個專業課程的學習。這樣一門課結束接著另一門課的學習，使得各專業課之間缺乏有機統一的聯系，學生也感到學習內容多而散。

在教學內容的組織過程中，充分考慮數字電路、模擬電路和微機原理承接的特點，教學內容做到知識點的統籌兼顧，能夠鞏固先修課程所學知識，又為后續課程做好充分的準備工作。數字電路與其他課程之間的知識脈絡關系如圖1所示。高等教育的數學和物理是工程類學科的通識基礎，電路分析和模擬電路是數字電路的先修課程。數字電路的知識掌握清楚了，才可以學習計算機類課程，比如微機原理。學生打好了這些課程基礎，根據工程背景進行項目開發，才能解決復雜的工程問題。

首先，用一個學期做教學內容設計和統籌安排。幾門課程的老師同時規劃課堂內容，相關章節同步備課，內容做到統籌安排，承前啟后。其次，教學內容的安排將基礎知識和學科前沿知識相結合，如把邏輯代數、門電路及電路的基本分析方法和設計方法作為重點，同時為學生介紹集成電路的制造工藝、發展前景等與學科相關的前沿知識，結合目前先進的ARM處理器技術，介紹數字電路的基本模塊如何應用于當前的數字系統。最后，任課教師要對教學內容進行時間同步細化，制定出教學日歷。教學日歷要詳細規劃每個學時的內容，課程之間各內容設計的相關性，并設計具有知識關聯性的課堂例題和作業習題。

四、課堂學習和工程實踐脫節

目前，數字電路的教學是以理論為主、實驗教學為輔的傳統教學模式。教學內容缺乏對工程實際問題的深入研究。剛剛從事教師職業的新講師理論知識豐富，但實踐應用相對欠缺，顯得經驗不足。這些情況所體現的矛盾影響學生在學習過程中對知識的掌握能力，不能適應時代發展的環境。

教學過程要將理論與實踐相結合，重點培養學生分析問題和解決問題的能力。理論教學是為了能夠指導實踐，實踐又可以對理論教學起促進作用。在教學活動的各個環節，理論與實踐應緊密結合，在理論教學中使學生初步具備看懂電路圖、設計電路圖的能力，在實踐中充分讓學生用理論指導實踐，加深學生對理論知識的理解與應用。

改變目前實驗課程和理論課程分別開設的不足，理論課和實驗課統籌安排，緊密耦合，共同促進以學生為中心、工程實踐為重點的教學思想。

五、結論

數字電路是一門面向工程應用的課程。因此，教學中要充分考慮如何提高學生的工程能力。現在，高等學校數字電路的教學形式和教學內容在這方面還有欠缺，存在一些問題。針對這些問題探討有效解決方案，將使學生既能清晰基本概念，又能緊跟相關領域發展，為將來步入工作崗位做好充分準備。

參考文獻：

[1]馬學條，程知群，陳龍.數字電路虛擬仿真實驗教學改革研究[J].實驗技術與管理，2018，35（10）：121-124.

[2]欒慶磊，朱達榮.工程背景下數字電路實驗教學研究[J].實驗科學與技術，2016，14（06）：167-172.

[3]http：//www.ceeaa.org.cn/main！mainPage.w

[4]李敏.數字電路教學中的實踐創新能力培養[J].大學教育，2018，（10）：109-111.

[5]張京玲，王天雷，王玉青，梁淑芬.基于混合式教學的“數字電路與邏輯設計”改革[J].教育現代化，2018，5（25）：38-39+41.

[6]楊芳，張乾.模擬電路與數字電路課程改革探討[J].亞太教育，2016，（35）：164.