《数字电路》课程教学改革与优化策略研究

《数字电路》课程教学改革与优化策略研究

胡 伟

（湖南第一师范学院，湖南 长沙 410205）

摘 要：《数字电路》作为专业基础课程，具有教学内容多、教学难度大、知识更新快等特点，针对目前《数字电路》课程教学现状，并结合多年的教学实践经验，需从理论教学、实验教学以及考核评价等方面采取相应改革策略，提高教学质量，培养出符合当代社会需求和发展的合格人才。

关键词：《数字电路》；理论教学；实验教学；优化策略

中图分类号：TN709 文献标识码：A 文章编号：1673-2219（2012）12-0038-03

《数字电路》课程是我院电子技术、教育技术学以及计算机科学与技术等专业的专业基础课程之一, 具有教学内容更新快、实践操作性强等特点。随着科技的不断进步，数字集成电路的发展日新月异，如何在有限的教学时间内，使学生能够掌握《数字电路》课程的知识理论体系，具有数字逻辑电路的基本操作技能，以及数字逻辑电路的分析、设计和应用能力是教师在教学过程中必须思考的问题。

实验为主，内容单一，老化。虽然这种验证性的实验也能帮助学生加深对知识的理解，但是属于获取知识的间接渠道。在多年的教学过程中发现，学生进行这种传统的验证性实验时，早已将知识结论先入为主地存储于头脑中，当发现真实的实数据与理论数据不吻合时，他们不是去探究事实以及造成这种情况的原因，而是根据理论数据来修正实验数据,重蹈理论第一的覆辙，敷衍了事。因此，这种传统的炎症性实验不但缺乏创造性，而且毫无新意，无法激发学生的学习兴趣，更加无法培养学生的创新能力和实践能力。

最后，在教学过程中，大多数教师并没有把《数字电路》课程的知识与一些后续课程联系起来，更加没有与实际应用相联系。事实上，《计算机组成原理》和《单片机》等专业课程是《数字电路》课程的延续和升华，在这些课程中常用的一些基本概念如：驱动器、地址线、总线、数字地、模拟地等虽然《数字电路》课程中都已涉及，但是并没有进行详细明确地讲解，甚至有些概念都忽略不提，这对后续课程的学习造成了障碍，更没有达到《数字电路》作为专业基础课的教学目的。

1 《数字电路》课程教学现状

首先，在教学内容和教学思想上，大多数的教师在《数字电路》课程教学过程中虽然教学手段基本采用了多媒体教学，但是其教学思想和思路仍然是传统意义上的基础内容教

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学，更强调的是其基础性，而并非实用性。因此，教师在

课程教学过程中会不自觉地趋向逻辑电路的设计、逻辑推理、逻辑运算。而这种教学方法往往容易造成两极的分化的后果，若是对推理感兴趣，擅长于计算的学生考试拿高分；而其他的同学由于缺乏逻辑思维基础，则造成学习困难，甚至完全听不懂，最终放弃学习。

其次，在实验教学安排和设计上，实验教学基本是按照课程的教学进度安排相应的实验项目，即主要围绕相关的理论知识点来开设实验，并且大多数的实验仅仅是以验证性的

2 《数字电路》课程理论教学改革

2.1 注重与后续课程联系，无缝对接后续专业课程 《数字电路》课程实际上是一门专业基础课程，其主要目的是为后续的《单片机原理》、《计算机组成原理》和《数字信号处理》等专业课程做准备。因此，在理论课程的教学过程中，应着重培养和建立学生的系统观、工程观、科技进步观以及创新意识，并注重《数字电路》电路课程中的原理和内容在后续专业课程中的应用，为学生的后续课程学习铺平道路。

例如，《数字电路》课程中的模数转换（A/D）、数模转换(D/A)内容，课程只分析了其转换原理，而忽略了相关常

收稿日期：2012―08―06

基金项目：教育部人文社会科学研究项目（12YJAZH0 65）；湖南省教育厅科学研究项目（项目编号10C0526； 11C0280）；湖南第一师范院级课题（项目编号XYS11J07; XYS11J19）；湖南第一师范学院重点建设学科教育技术学项目资助。

作者简介：胡伟（1978－），男，湖南长沙人，湖南第一师范学院讲师，硕士，主要从事计算机仿真研究。 38

用器件的引脚功能、三总线的时序关系。对于《计算机原理》课程中而言，这些单纯的转换器件原理是不完整的，必须讲解器件的引脚功能和时序关系，但是，为了能讲清这些关系，就不得不重复讲解数字电路中的原理部分。因此，在《数字电路》课程中所涉及到后续课程中常用芯片的讲解时，应该增加其引脚功能和时序关系的介绍，注重其在实际中的应用。

2.2 合理取舍教学内容，把握教学重点

教学内容多、教学难度大、知识更新快是《数字电路》课程的特点，综合考虑学生的知识背景，参照教学大纲和教学经验需对教学内容进行合理的取舍，把握教学重点。例如，数字逻辑概论中进制的关系与转换等内容大多在《计算机基础》课程中已经提及，这部分内容可让学生课外学习；逻辑代数中基本定律和规则通过自学也基本能够掌握的，这些内容只需在课堂中做些点拨与应用的讲授。在逻辑门电路的内容中涉及到许多模拟电路知识，可通过选取MOS逻辑门电路和TTL逻辑门电路中一个典型电路为例讲解，便于学生了解其电路结构，理解其逻辑门符号的意义。教学的重点应该放置于逻辑门电路的参数和外部特性，旨在达到学生能在实践中运用逻辑门电路的目的。

2.3 更新教学方法，理论联系实际

在组合逻辑电路内容的讲解中，编码器、译码器和数据选择器等常用中规模集成电路的讲解是教学重点。讲解这些电路过程中，采用任务驱动法。即将这些集成电路的逻辑功能进行描述，让学生根据组合逻辑设计方法自行设计出这些电路，这样既可让学生巩固了组合逻辑电路的设计方法，又让学生对这些集成电路的组成原理有了充分的理解，教师便有更多的时间讲解这些集成芯片的引脚功能和实际应用。

另外，我们还可采用项目研究法，将设计实例引入课堂提高学生的学习积极性。例如在组合逻辑电路中，让学生设计一个多路抢答器。在其设计过程中会用到译码器和编码器等，可引导学生了解电路结构，看懂电路，使他们能更好地掌握这些功能器件。当学习时序电路以后，则要求学生利用计数器对多路抢答器添加计时功能，进一步完善抢答器的功能。这样将理论联系实际，不但增加了学生的学习兴趣，巩固了教学效果，而且培养了学生系统观念和工程观念，提高了动手实践能力。

2.4 改善教学手段，提高教学效果

良好的教学手段不但有利于教师深入浅出的讲解，也有利于学生的形象理解，从而提高教学效果。目前，除了将多媒体技术引入课堂教学外，《数字电路》课程教学更应该引入EDA仿真软件进行教学。例如利用硬件描述语言（HDL），Multisim10，Protel，Proteus等在课堂上进行虚拟实验仿真实验，不但能展示电路的内部结构，而且能在课堂现场演示运行结果，使教学变得形象生动、直观有趣，刺激了学生的视觉感官，避免了教师纸上谈兵地描述，达到了事半功倍的教学效果。

三 《数字电路》课程实验教学改革

3.1 建立开放实验室，增加课外实验课时

目前，高校理论教学改革进一步深化发展，由于新技术的不断涌现，为了拓宽学生的专业基础知识，许多高校增加了不少新的课程以适应时代变化。这直接导致了原有课程的理论与实验课时都被大幅压缩，实验内容和项目也大幅减少，因此，很多《数字电路》课程中的知识点没有覆盖到实验内容中去，这些知识点在实验中没有进行充分验证，学生对这些知识必然无法深刻、系统地理解和认识，不利于学生实践能力和创新能力的培养。我们可以建立开放实验室，让学生通过合理利用课余时间来进行这些相对较为简单验证性实验。开放性实验室具实验时间和实验内容灵活的特点，实验过程中教师并没有布置统一的实验内容，学生完全可以根据自己的学习情况自由控制实验时间、内容和难度，具有较大的自由度， 成为补充正常课时实验教学内容的有力手段。

3.2 学习仿真软件，建立虚拟实验平台

在学习数字电路的课程中，教师可以花少量的时间来指导学生来学习一些常用的电子仿真软件，如Multisim，Protel，Proteus等，这些仿真软件对于有一定计算机基础的学生来说都是比较简单易学的。通过虚拟实验平台，可让学生自行在实验前提前验证实验内容设计的正确性，以减少实验过程中出现错误的可能性。虚拟实验平台也可以成为开放实验室的一部分，一些课外的实验内容也可通过虚拟实验平台完成，弥补开放实验室开放时间和实验设备的不足。电子虚拟仿真平台打破了常规实验教学模式，它强调实验方法和设计思想，克服真实实验中的盲目操作，更加强调学生的学习的主动性，成为了重要的实验教学手段。虚拟实验平台甚至可以完成实验室中难以完成的综合性、设计型的实验内容，可以充分发挥学生的创造力，进行各种实验设计，有利于培养学生的实践能力和创造力。

3.3 改革实验教学方式，注重实验过程

第一，建立二级预习。教师在每次实验之前，要求学生通过虚拟实验平台进行预先进行虚拟实验，并在实验前提交实验预习报告，在报告中应写明这次实验的原理和设计方案，在实验的过程中验证自己的设计方案是否正确，克服以往学生在实验过程中临时设计实验方案的弊端，提高实验效率和学生的实验能力。

第二，进行启发式实验教学，主要实验过程。学生实验过程中所提出的问题，教师不应直接给出解决方案，而是应从原理性和方法性方面进行引导启发，让学生自行找出解决问题的办法，这有利于提高学生分析问题和解决问题的实践能力。教师不但要注意实验结果，而且更要引导学生观察实验过程中的现象，思索实验过程中的原理，寻求解决出现问题的方法，鼓励学生用多种方案完成实验内容，培养学生科学探索精神。

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3.4 合理设计实验项目，注重综合能力的培养 由于新技术的不断出现和实验课时的不断减少，我们已将基础性和验证性的实验项目放到课外的开放实验课时中，因此，对于课时内的实验教学，我们不能因循守旧，照搬以前的实验教学计划，而需更加谨慎地设计好每个实验项目，充分利用好有限的实验课时，培养学生的工程观念和系

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

实验项目

集成门电路测试 电子仿真软件的使用 组合逻辑电路分析与设计 集成触发器与时序电路 集成计数器及其应用 序列信号发生器与序列信号检测器 数字电子钟设计 交通灯控制器 数字频率计

统观念，注重学生综合能力的培养。实验项目的尽可能地选择一些与现实生活联系密切且具有一定趣味性的实验内容，例如抢答器，交通灯控制器等。课堂内的实验项目主要以综合型和设计型为主，验证性的实验项目均放到课外实验课时完成。表1为笔者根据多年教学经验所设计的数字电路实验项目。

实验目的

表1 《数字电路》实验项目表

熟悉实验平台、掌握仪器使用方法、了解门电路功能和参数的测量方法掌握Multisim、Proteus仿真软件使用方法

掌握组合逻辑电路的分析和验证方法以及利用MSI器件设计组合逻辑电路的方法

验证触发器的外部特性（逻辑功能）；掌握由集成触发器构成的时序逻辑电路的分析及测试方法

掌握对集成计数器逻辑功能和各控制端作用的分析、测试及设计方法；学会运用集成计数器构成任意进制计数器

通过状态机设计进一步掌握同步时序逻辑的设计方法

进一步掌握振荡分频电路、计数器的应用，培养数字电路设计能力，掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法

进一步掌握时序逻辑的分析及设计方法，初步掌握复杂时序逻辑的分析划分方法

掌握555定时器的基本功能和典型应用，掌握数字频率计电路的设计、组装和调试方法

注：其中实验1-6为必做实验项目，实验7-9任选其一必做一个。

除上述理论教学与实验教学的改革措施外，我们还可完善考核方式，体现公平。学生该课程的最终评价不应只由闭卷考试试卷分数决定，最终的分数应体现其学习态度和学习过程。因此，学生的期末考核成绩应该包含平时作业成绩、平时综合表现成绩、课外开放性实验成绩、课时内实验成绩以及特色加分。其中平时综合表现主要考察考勤情况以及实验预习报告情况；课外开放性实验成绩主要考察学生课时外开放性实验的完成情况；课时内实验成绩主要考察课时内学生实验设计思路和实验完成情况；特色加分主要是鼓励学生在该课程有关的各个环节中，创新性的学习和个性化的发展，鼓励有能力的学生进行更深入的学习探究，挖掘其潜能。

另外，在教学过程中，我们教师要不断学习，更新知识，掌握最新学科发展信息，将成熟的学科发展新成果引入到课堂教学中，合理地渗透新概念、新方法和新技术，使学生了解该学科的前沿发展动态，这都有利于提高他们的学习积极性。在实验室管理方面，我们也应建立科学机制，规范实验管理，采取现代化的手段提高效率和管理水平，对充分发挥实验室功能，促进学生专业成长具有重要意义。

通过多年来的教学实践和学生反馈情况来看，通过采取多种改革措施，教学方式和手段不断丰富，《数字电路》课程教学质量有了显著提高，同时，也为后续专业课程的学习40

打下了良好的基础。总之，我们需要与时俱进，遵循数字电路教学的客观规律，不断改进教学方法、教学手段，更新教学内容，提高实验室管理水平，才能不断提高教学质量，培养出符合当代社会需求和发展的合格人才。

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（责任编校：周欣）