數字電子技術課程項目法教學探索

林梅金，蘇彩紅，王飛

（佛山科學技術學院，廣東佛山 528000）

一、研究背景

數字電子技術課程是電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、計算機科學與技術等專業的重要專業基礎課[1]，在我院的電氣工程及其自動化專業的教學中具有承上啟下的作用。數字電子技術課程所涉及的內容具有較強的實用性[2]，本課程設置的實踐教學環節旨在培養學生的科學素質、動手能力和創新能力，為了進一步契合本專業的培養目標“具有一定競爭意識、創新精神和實踐能力的高素質應用型人才”，本課程的課題組教師在教學理念上進行了深入探討，努力尋找理論和實踐緊密結合的可行路徑[3]。近兩年，我們對本院電氣工程及其自動化專業數字電子技術課程進行了教學改革，從傳統的以教師講授為主的授課模式改革為以項目法為主的教學模式，有效地強化理論與實踐相結合。在項目教學法下，學生不僅需要聽取教師對基本理論的講解，還需要查找資料進行實驗設計并完成調試，這一教學模式能有效推動學生對相關的理論和應用的主動學習。本文以一個例子闡述如何通過一個項目展開項目教學法以及項目如何連接課程中的幾個重要內容。

二、數字電子技術課程項目法教學實例

眾所周知，零散的知識點不利于記憶，也難以引起學生學習的興趣，因此在項目教學法開展之前，需要設計一系列項目，這些項目需要涵蓋一定量的課程內容并形成一個完整的小體系，以便于教師在教學過程進行知識點的串連和前后呼應，實現聯想式教學，提高學生的學習能力和素質[4]。本節從一個實例(交通信號燈狀態監測功能設計）出發，詳解基于項目法教學過程。

項目的題目與要求：使用所學的典型邏輯門設計交通信號燈工作狀態異常監測邏輯功能電路。交通信號燈由紅（R）、黃（Y）、綠（G）三盞燈組成，如圖1所示。在正常工作情況下，紅黃綠燈中必有一盞燈被點亮，而且只允許有一盞燈被點亮。當出現其他五種狀態（兩盞燈被點亮、三盞燈被點亮、沒有燈被點亮等情況）時，表明電路發生故障，這時要求所設計的監測邏輯功能電路自動發出故障報警信號，提醒維護人員前去修理。

圖1 交通信號燈工作正常與故障狀態

本項目涵蓋了數字電子技術課程的第一章至第四章中的重點內容，項目的成功開展為學生良好的學習效果奠定了堅實的基礎[5]。本項目內容與數字電子技術課程中關鍵知識的對應關系如圖2所示。

圖2 本項目與課程內容直接的關系圖

接下來，我們詳細介紹以此項目為導向的教學實施過程。設計邏輯門電路首先需要對實際物理對象進行邏輯抽象，針對本項目，我們通過分析可以選取紅黃綠三盞燈的點亮狀態為輸入變量，分別用R、Y、G表示，并規定燈被點亮為1，不亮為0。取三盞燈工作異常狀態為輸出變量，用變量Z表示，并規定三盞燈均正常工作時Z為0，否則判斷為發生故障，此時Z為1。根據項目要求可以列出真值表(如表1所示），并列寫邏輯函數式(如式1所示）。這部分內容在第一章的邏輯函數表示方法及變換中要指導學生完成。

表1 邏輯真值表

圖3 卡諾圖化簡

接下來進入項目法實施的又一重要環節，選定合適的典型邏輯門電路實現上述的理論功能。而課程學習也進入了第三章組合邏輯門。教師在引導學生學習基本理論知識的同時，注意引導學生思考所學知識與本項目實現之間的關系，如一些常用的小規模集成電路，如反相器（74LS04）、2輸入與非門（74LS00）、3輸入與非門（74LS10）和4輸入與非門（74LS20）等。接著，引導學生根據所提供的邏輯門器件，轉換邏輯關系并畫出邏輯圖。本項目中輸入輸出邏輯關系的轉換過程如式3所示，實現的邏輯圖如圖4所示。

圖4 基于組合邏輯門的電路實現

第四章組合邏輯電路的分析與設計是數字電子技術課程學習中的一個重點。在這一章學習開始，教師依然可以利用這個項目前期開展的內容，引導學生進一步學習。首先通過反向回憶該項目，不僅可以梳理本項目所學知識的脈絡，還可以引入第四章前兩節組合邏輯電路的分析與設計的內容學習，將分析與設計的基本步驟內化到學生的設計技能中。而在典型組合邏輯電路的學習中，該項目又可以一次次地為所學的理論知識找到用武之地。比如，譯碼器、數據選擇器、組合可編程邏輯器件PLA等器件的應用等。采用譯碼器作為實現器件，需要先對項目所述的輸入輸出關系進行梳理轉換(如式4所示)，然后再配上基本與非門一起完成實現(如圖5所示)。基于4選1數據選擇器進行實現也不失為一個不錯的主意，首先依據4選1數據選擇器的輸入輸出關系，轉換本項目的輸入輸出關系(如式5所示)，加上合適的基本邏輯門，可得設計圖（如圖6所示）。采用組合可編程邏輯器件PLA也可以作為該項目的實現器件，此處不再詳解[6]。總之，教師在引導學生進行項目的學習與實施過程中，需謹記學為所用，以用帶動學，不僅可以提高學生對理論知識的學習效果，而且可以大大提高學生對所學理論進行實踐的能力。

圖5 基于138譯碼器的實現

圖6 基于數據選擇器的實現

在本項目開展的每一個階段，學生會撰寫PPT進行對所完成的任務進行匯報，老師會對學生完成項目的情況做點評，學生撰寫項目的總結報告，包含正確分析項目的設計過程、解決項目在實施過程遇到的困難以及對過程的體會等。通過項目的實施，提高學生學習的主動性，培養學生實踐創新能力[7-8]。

三、結束語

實踐證明，在數字電子技術課程授課中，運用了項目法進行課程教學，有利于培養學生科學素質、實踐能力和應用創新能力，以項目為導向實現了理論與實踐的緊密結合，大大提高了學生學習的主動性，有效地提高了課程的教學質量。