基于CDIO理念下的數字電路與邏輯設計教學改革研究

劉丹 龔軒濤

摘;要：以CDIO理念為基礎，在數電電路與設計中采用實驗箱進課堂，把理論和實驗結合起來一起上課，加深理解所學內容。

關鍵詞：數字電路;實驗箱;JK觸發器

CDIO是由CDIO工程教育國際合作組織于2004年創立的工程教育模式，CDIO即構思（Con-ceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。構思是指確定產品需求、技術和開發理念;設計是指創建系統實施的方法和算法;實現是指完成從設計到產品的轉變過程;運作則是指系統的維護、改造等。CDIO將工程師的產品創新過程 作為教育的背景環境，一體化統籌制定專業教學要求和課程體系，采用基于項目、案例的教學方法，協調學生的理論知識、工程實踐能力和人際交往能力間的平衡，將工程教育置于一個基于經驗學習的連續的過程之中，較好地解決工程教育中理論知識與實踐能力之間的平衡問題，其模式符合創新型社會對人才培養的要求，是培養創新型工程人才的有效途徑和較好選擇。

一、當前數電課程形式

數字電路是計算機科學與技術專業和智能科學與技術專業的核心專業課，是一門實踐性很強的一門課程，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計，觸發器的分類及功能、時序邏輯電路的分析與設計等，通過本課程的學習使學生掌握數字邏輯和數字系統的基礎知識、基本分析方法和設計方法，培養使用標準邏輯器件的能力，初步了解可編程器件的基礎知識，為深入學習后續課程和從事數字技術實際工作打下良好的基礎。

近幾年來在各類專業的課程體系中又增加了很多工程實踐類科目，主要是為了培養學生理論聯系實際和創新精神，提高學生的動手和使用數字邏輯的能力，增強學生的實踐經驗。但是隨著培養方案的變化，總學時在壓縮，那么我們如何利用比較少的課時將所有知識點的精髓傳授給學生，讓學生真正地學到實用的知識，達到學以致用將是我們教學改革的關鍵。

二、改革措施

本次改革主要是在課堂中把理論課程和實驗課程結合起來一起講解，實驗平臺采用綜合的實驗箱，每次講解完一個知識點就讓學生用實驗箱來練習，加深理解和記憶。先做一些驗證性的實驗，然后在這個實驗的基礎上加深難度，讓學生自己設計并運用所學的知識點來設計新的實驗。層層遞進，除了簡單的基礎驗證性實驗，還有難度適中的拓展提高實驗和難度較大的綜合性實驗。

以觸發器知識點為例，首先把理論知識講解透徹，K觸發器是數字電路觸發器中的一種基本電路單元，JK觸發器具有置0、置1、保持和翻轉功能，在各類集成觸發器中，JK觸發器的功能最為齊全，在實際應用中，它不僅有很強的通用性，而且能靈活地轉換其他類型的觸發器，由JK觸發器可以構成D觸發器和T觸發器。

然后先做一個驗證性的實驗，實驗目的是讓學生掌握JK觸發器特性，理解JK觸發器的設計過程和工作原理。JK觸發器和觸發器中最基本的RS觸發器結構相似，其區別在于，RS觸發器不允許R與S同時為1，而JK觸發器允許J與K同時為1。當J與K同時變為1的同時，輸出的值狀態會反轉。也就是說，原來是0的話，變成1;原來是1的話，變成0。 對應關系如表1：

實驗臺是開放的，同學們要想驗證JK觸發器的特性，先得組建自己設計的電路圖，那么就需要了解實驗臺上74LS76的引腳定義和JK觸發器原理。74LS76芯片在計數器實驗板上設計出電路圖，然后按照自己設計的電路圖連接電路，記錄實驗結果驗證設計的電路是否滿足JK觸發器的邏輯功能。這樣子既可以聯系講過的知識點，又可以鍛煉自己設計應用電路的能力。

三、改革效果

本次數電 CDIO教改實踐讓同學們樹立了正確的學習目的，培養扎實、認真的科學態度，掌握了數字電子技術領域中基本理論、基本知識和基本分析方法，了解了數字電路領域中的新理論、新技術、新知識，也培養了學生理論聯系實際和創新精神，提高了學生的動手和使用數字邏輯的能力，增強了學生的實踐經驗。

參考文獻

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