數(shù)字電路實驗教學(xué)改革的研究與實踐

李明旭，凌東雄

(東莞理工學(xué)院　電子工程學(xué)院，廣東　東莞　523808)

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數(shù)字電路實驗教學(xué)改革的研究與實踐

李明旭，凌東雄

(東莞理工學(xué)院電子工程學(xué)院，廣東東莞523808)

為了解決數(shù)電實驗中存在的實驗內(nèi)容單一、方法簡單、評價方式不科學(xué)等問題，提出了一系列的改進方法，如在實驗項目的設(shè)置和實驗內(nèi)容的選擇上進行了改進，經(jīng)過對本校光信息專業(yè)的實踐表明，學(xué)生的反映很好，滿意度高，取得了良好的效果。

數(shù)字電路；改革與創(chuàng)新；學(xué)習興趣；綜合運用知識；成績評定方式

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，各學(xué)科之間聯(lián)系越來越緊密，解決實際問題往往需要多學(xué)科的綜合應(yīng)用。人才競爭越來越激烈，從畢業(yè)到就業(yè)的過度適應(yīng)期越來越短，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決實際問題的能力是急待解決的課題。數(shù)字電路是電子、通信、自動化、光信息、計算機等理工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)的單片機原理及接口技術(shù)[1]、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等課程的基礎(chǔ)，且與EDA技術(shù)聯(lián)系緊密[2]，具有很強的實踐性。因此，該課的實驗教學(xué)是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，提高實驗教學(xué)質(zhì)量對培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手和綜合運用知識的能力具有非常重要的意義。

1　當前數(shù)字電路實驗教學(xué)中存在的問題

1)實驗內(nèi)容給定。

教師指定好實驗內(nèi)容，學(xué)生在規(guī)定的范圍內(nèi)完成實驗，學(xué)生沒有選擇實驗內(nèi)容的權(quán)利，抑制了學(xué)生學(xué)習的主動性[3]。

2)實驗項目與實際生活聯(lián)系不緊密。

實驗項目的設(shè)置與生活實際聯(lián)系不緊密[4]，學(xué)生感覺枯燥、乏味，不能提高學(xué)習興趣。

3)綜合性實驗和課程設(shè)計的選題不合理。

綜合性實驗和課程設(shè)計的選題只局限于數(shù)字電路的范疇，不能與前修和后續(xù)的課程進行銜接，難以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。

4)實驗內(nèi)容設(shè)置上硬件多，軟件少。

課題內(nèi)容偏重于硬件，缺少軟件，缺乏軟硬件結(jié)合的訓(xùn)練。

5)評價方式不科學(xué)，效率低下。

答辯與批閱課程設(shè)計報告分開進行，費時、費力、效率低、效果不好。因此，如何改進以往的實驗教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和綜合運用知識的創(chuàng)新能力，是一個值得去研究和實踐的課題。

2　實驗教學(xué)改革的嘗試

針對以上存在的問題，我們對光信息專業(yè)的數(shù)電實驗教學(xué)進行了以下改革，取得了很好的效果。

2.1實驗題目緊密聯(lián)系生活實際，提高學(xué)生學(xué)習興趣

興趣是學(xué)習最好的老師[5]，要使學(xué)生能自覺、主動地學(xué)習，興趣是第一位的。實踐表明，題目內(nèi)容越接近生活與實際，學(xué)生的興趣越高[6]。為了提高學(xué)生的學(xué)習興趣，我們把實驗的內(nèi)容和方式做了調(diào)整。在實驗內(nèi)容上，多安排聯(lián)系實際生活的題目，如以下的組合邏輯設(shè)計題目：“開設(shè)4門課程，各科合格學(xué)分為1分，2分，3分，4分，不合格為0分，要求4門總學(xué)分要達到7分方可結(jié)業(yè)，設(shè)計判別電路”，這種題目與學(xué)生平時的學(xué)習生活緊密聯(lián)系在一起，使學(xué)生體會到運用數(shù)電知識解決身邊的實際問題，感受到所學(xué)的知識在實際生活中的應(yīng)用[4]，提高學(xué)習的興趣。

2.2采取“必做+選做”的實驗方式

在實驗方式上，采取“必做+選做”方式完成實驗[7]，即除必做的驗證性題目外，其余的設(shè)計性題目由學(xué)生從現(xiàn)有的實驗內(nèi)容中進行選擇，這樣，提高了學(xué)生學(xué)習的主動性，增強了教學(xué)的靈活性，教學(xué)效果得到了提高，但前提是學(xué)生要完成教學(xué)大綱要求的實驗學(xué)時。

2.3實行“驗證+應(yīng)用”的實驗教學(xué)模式

“驗證+應(yīng)用”實驗教學(xué)方式[8]，即驗證性與應(yīng)用設(shè)計性實驗交叉進行，如做完計數(shù)器實驗后，馬上安排做由計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器及運放組成的鋸齒波發(fā)生器實驗，完成最后一個實驗555電路后，接著的課程設(shè)計做由555參與設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器等。這樣，既加深了學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解，又使他們掌握了運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

2.4合理安排綜合性實驗和課程設(shè)計的選題

綜合性實驗和課程設(shè)計的選題，關(guān)鍵是要拓寬課題的覆蓋面，使其盡量能與前修課模電及后續(xù)課程如單片機接口技術(shù)等相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力[9]。另外，對同一題目，盡量開發(fā)多種實現(xiàn)方法，使學(xué)生能有多種選擇，增加題目的挑戰(zhàn)性，避免實驗方法的雷同[10]。如“基于D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的函數(shù)信號發(fā)生器”實驗題目，我們采用NE555、計數(shù)器、E2PROM、D/A轉(zhuǎn)換器和運放等芯片實現(xiàn)，設(shè)計框圖如圖1所示。這個題目既涵蓋了數(shù)字電路的有關(guān)內(nèi)容，又與單片機接口技術(shù)中常用到的D/A轉(zhuǎn)換器和模電中所學(xué)過的運放聯(lián)系在一起，通過實驗，學(xué)會了3門課程知識的綜合運用，既鞏固了模電所學(xué)知識，加深了對數(shù)電課程的理解，又為后續(xù)單片機接口技術(shù)的學(xué)習打下了基礎(chǔ)。另外，其中的加減法轉(zhuǎn)換電路，我們開發(fā)出了3種實現(xiàn)方法，增加了題目的難度，拓寬了學(xué)生的思路，起到了舉一反三的效果。在實際操作中，為了遵循由易到難、循序漸進、分步實施設(shè)計的原則[4，11]，我們在課程設(shè)計之前的兩周，安排一次與課程設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的綜合性實驗，即基于D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的鋸齒波發(fā)生器實驗，實驗中采用的計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換和運放的電路與課程設(shè)計的要求完全一致。完成了綜合性實驗，再在課程設(shè)計中加入加減轉(zhuǎn)換電路和E2PROM，進一步實現(xiàn)了三角波和正弦波的產(chǎn)生電路，這樣，既延長了設(shè)計的時間，也使學(xué)生進一步加深了對知識的理解，從而提高了教學(xué)效果。

圖1　基于D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的函數(shù)信號發(fā)生器

2.5實行“硬件+軟件”的實驗教學(xué)方式

在實際生活中，很多問題都是軟硬件相結(jié)合解決的，而目前的數(shù)電實驗多以硬件為主，因此有必要在實驗中進行軟硬件相結(jié)合的訓(xùn)練[12]。除Multisim、Protel、Quartus等常用EDA軟件外，還有其他輔助軟件可用，如在“基于D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的函數(shù)信號發(fā)生器”這個題目中，我們要求學(xué)生用Matlab生成正弦波和三角波數(shù)據(jù)表，從而讀取存儲器中的數(shù)據(jù)得出波形。經(jīng)過實踐證明，這種做法既充實了實驗內(nèi)容，提高了學(xué)習興趣，又拓展了學(xué)生的思維空間，使他們又掌握了一項解決問題的方法。

2.6批閱報告與答辯同步進行

在評價的環(huán)節(jié)上，采取答辯與批閱課程設(shè)計報告同時進行，即要求學(xué)生在答辯之前完成課程設(shè)計報告。答辯時，教師可針對報告中存在的問題進行提問，這樣，既可考查學(xué)生對知識點的理解程度，也會暴露出報告中存在的抄襲，同時，還能督促學(xué)生對報告的不足之處進行修改。一舉三得，既提高了效率，也使考查結(jié)果更科學(xué)、可信。

3　結(jié)束語

數(shù)字電路是實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過對以往數(shù)電實驗中存在的實驗內(nèi)容單一、方法簡單、評價方式不科學(xué)等問題的分析，提出了一種既能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，又能提高他們綜合運用知識的能力，從而提高教學(xué)效果的實驗教學(xué)方法。實踐證明，學(xué)生的反映很好，滿意度高，取得了良好的效果。

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Research and Practice of Digital Circuit Experiment Teaching Reform

LI Mingxu，LING Dongxiong

(SchoolofElectronicEngineering，DongguanUniversityofTechnology，Dongguan523808，China)

Digitalcircuitexperimentexistsaseriesofissues，suchasexperimentcontentistoosingle，methodistoosimple，andtheevaluationisunscientific，etc.Inordertosolvetheproposedproblems，weputforwardaseriesofimprovementmethods.Thesemethodsinclude：improvethesettingofexperimentprojectandchooseproperexperimentcontents.Thepracticeappliedinopticsinformationspecialtyshowsthatstudentsprovideapositivereflectionandreceivegoodsatisfactory.Finally，weobtainedagoodeffect.

digitalcircuit；reformandinnovation；interestinlearning；integrateduseofknowledge；performanceevaluationmethod

2015-05-04；修改日期: 2016-06-21

李明旭(1968-),男,碩士,實驗師, 主要從事數(shù)字電路實驗教學(xué)方面的研究工作。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.051