基于CDIO理念下的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

劉丹 龔軒濤

摘;要：以CDIO理念為基礎(chǔ)，在數(shù)電電路與設(shè)計(jì)中采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)課堂，把理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來一起上課，加深理解所學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路;實(shí)驗(yàn)箱;JK觸發(fā)器

CDIO是由CDIO工程教育國際合作組織于2004年創(chuàng)立的工程教育模式，CDIO即構(gòu)思（Con-ceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。構(gòu)思是指確定產(chǎn)品需求、技術(shù)和開發(fā)理念;設(shè)計(jì)是指創(chuàng)建系統(tǒng)實(shí)施的方法和算法;實(shí)現(xiàn)是指完成從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程;運(yùn)作則是指系統(tǒng)的維護(hù)、改造等。CDIO將工程師的產(chǎn)品創(chuàng)新過程 作為教育的背景環(huán)境，一體化統(tǒng)籌制定專業(yè)教學(xué)要求和課程體系，采用基于項(xiàng)目、案例的教學(xué)方法，協(xié)調(diào)學(xué)生的理論知識(shí)、工程實(shí)踐能力和人際交往能力間的平衡，將工程教育置于一個(gè)基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的連續(xù)的過程之中，較好地解決工程教育中理論知識(shí)與實(shí)踐能力之間的平衡問題，其模式符合創(chuàng)新型社會(huì)對人才培養(yǎng)的要求，是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才的有效途徑和較好選擇。

一、當(dāng)前數(shù)電課程形式

數(shù)字電路是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心專業(yè)課，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，主要包括基本邏輯電路的原理及功能、組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，觸發(fā)器的分類及功能、時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)等，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件的能力，初步了解可編程器件的基礎(chǔ)知識(shí)，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事數(shù)字技術(shù)實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。

近幾年來在各類專業(yè)的課程體系中又增加了很多工程實(shí)踐類科目，主要是為了培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的動(dòng)手和使用數(shù)字邏輯的能力，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是隨著培養(yǎng)方案的變化，總學(xué)時(shí)在壓縮，那么我們?nèi)绾卫帽容^少的課時(shí)將所有知識(shí)點(diǎn)的精髓傳授給學(xué)生，讓學(xué)生真正地學(xué)到實(shí)用的知識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用將是我們教學(xué)改革的關(guān)鍵。

二、改革措施

本次改革主要是在課堂中把理論課程和實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合起來一起講解，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用綜合的實(shí)驗(yàn)箱，每次講解完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)就讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)箱來練習(xí)，加深理解和記憶。先做一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，然后在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加深難度，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)來設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)。層層遞進(jìn)，除了簡單的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還有難度適中的拓展提高實(shí)驗(yàn)和難度較大的綜合性實(shí)驗(yàn)。

以觸發(fā)器知識(shí)點(diǎn)為例，首先把理論知識(shí)講解透徹，K觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種基本電路單元，JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全，在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器，由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。

然后先做一個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生掌握J(rèn)K觸發(fā)器特性，理解JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì)過程和工作原理。JK觸發(fā)器和觸發(fā)器中最基本的RS觸發(fā)器結(jié)構(gòu)相似，其區(qū)別在于，RS觸發(fā)器不允許R與S同時(shí)為1，而JK觸發(fā)器允許J與K同時(shí)為1。當(dāng)J與K同時(shí)變?yōu)?的同時(shí)，輸出的值狀態(tài)會(huì)反轉(zhuǎn)。也就是說，原來是0的話，變成1;原來是1的話，變成0。 對應(yīng)關(guān)系如表1：

實(shí)驗(yàn)臺(tái)是開放的，同學(xué)們要想驗(yàn)證JK觸發(fā)器的特性，先得組建自己設(shè)計(jì)的電路圖，那么就需要了解實(shí)驗(yàn)臺(tái)上74LS76的引腳定義和JK觸發(fā)器原理。74LS76芯片在計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)板上設(shè)計(jì)出電路圖，然后按照自己設(shè)計(jì)的電路圖連接電路，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的電路是否滿足JK觸發(fā)器的邏輯功能。這樣子既可以聯(lián)系講過的知識(shí)點(diǎn)，又可以鍛煉自己設(shè)計(jì)應(yīng)用電路的能力。

三、改革效果

本次數(shù)電 CDIO教改實(shí)踐讓同學(xué)們樹立了正確的學(xué)習(xí)目的，培養(yǎng)扎實(shí)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，掌握了數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域中基本理論、基本知識(shí)和基本分析方法，了解了數(shù)字電路領(lǐng)域中的新理論、新技術(shù)、新知識(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生的動(dòng)手和使用數(shù)字邏輯的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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