数字电路实践教学改革探索

第１６卷第３期　２０１０年３月　江苏技术师范学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＪＩＡＮＧＳＵ　ＴＥＡＣＨＥＲＳ　ＵＮＩＶＥＲＳｎＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．１６．Ｎｏ．３　Ｍａｒ．，２０１０　数字电路实践教学改革探索　朱幼莲，黄成，宋伟，陶为戈，翟丽芳　（江苏技术师范学院电气信息工程学院，江苏常州２１３００１）　摘要：以数字电路实践教学改革为背景，介绍了电气信息工程学院数字电路实践教学新方案。该方案将对学　生的知识传授和能力、素质培养有机地结合在一起，具有基础性、综合性和先进性的特点。经过三年的教学实践。　取得了较好的教学效果。　关键词：数字电路；教学改革；实践教学；教学方案　中图分类号：Ｇ６４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—８５２２（２０１０）０３－００７１－－－０４　Ｏ　引　言　数字电路实践课程（包括数字电路实验、数字电路课程设计）是江苏技术师范学院电气信息工程学院　重要的实践类课程，这一课程的开设对学生的实践能力、创新意识的培养能够起到其它课程所不可替代　的作用【ｌ＿３】。但以往的数字电路实践课程存在如下问题：实验内容陈旧，验证性实验较多，课程设计课题偏　少，电子设计自动化（ＥＤＡ）技术应用不够，缺乏创新性、先进性，不利于学生学习兴趣的培养。为此，数字　电路课程组针对上述问题，结合学校在２００７年修订教学计划时提出的专业关键能力的培养目标，提出了　新的数字电路实践教学改革方案，在教学方法、考核方式及实践教学管理等方面采取了多项措施，引导学　生更新认知方法，有效促进学生自主学习，着力培养学生的电路设计能力以及分析问题、解决实际问题的　能力，取得了较好的教学效果。　１　数字电路实践教学改革方案和内容　新的数字电路实践教学方案以数字电路基本理论为基础，以培养学生的电路设计能力、锻炼实验技　能、提高独立分析问题、解决实际问题的能力为目标，构建具有基础性、综合性和先进性的实践教学框架。　这一方案主要由以下两部分构成。　１．１　数字电路实验教学方案和内容　数字电路实验共ｌ６学时，具体实验方案如表１所示。实验项目以设计性、综合性实验为主，在实践　教学过程中，把教材中以数字电路分析为主的教学思路【４】，提升为以电路设计为主的教学思路，从而有效　地培养学生的电路设计能力和实验技能。数字电路实验包括三个层次的实验内容，体现了数字电路实践　教学的基础性和综合性［５１。　（１）第一层次——基础性实验　要求学生在熟悉数字集成器件的工作原理和外围特性的基础上，设计并实现实验方案。以自制的实　验装置为平台，让学生首先对数字集成器件进行功能测试，然后在面包板上搭接能实现特定功能的逻辑　收稿日期：２００９—１２—２９；修回日期：２０１０—０２—２５　作者简介：朱幼莲（１９６４一），女，江苏常州人，教授，主要研究方向为信号与信息处理。　７２　江苏技术师范学院学报　第１６卷　电路。例如：实验项目２中，要求学生首先对７４１３８译码器的功能进行测试，然后用７４１３８实现地址译码、　数据分配、逻辑函数设计等功能。　这一层次实验的教学要点在于从强调单纯的验证性实验转移到锻炼学生基本实验技能，打破了常规　数字电路实验单元化、验证性和设计性的模式。这一层次实验目的在于巩固学生的数字电路基本理论知　识，加强学生对数字电路基本概念的理解，培养学生基本实验技能和设计电路的基本能力。　（２）第二层次——多模块的综合实验　要求学生综合不同类型的中小规模数字集成器件，设计实验方案，并在面包板上实现特定功能的逻　辑电路。例如：实验项目４涉及数据选择器、译码器及门电路等组合器件。实验项目７涉及计数器或移位　寄存器等时序逻辑器件以及选择器或译码器等组合逻辑器件。　这一层次实验的教学要点在于从单元电路为主的实验转移到多模块的综合电路实验，从单纯的知识　教育过渡到知识、能力、素质有机结合的教育。这一层次实验是本实验课程的重点，教师应多加引导，以培　养学生规范化的逻辑设计能力及良好的思维习惯，培养学生的综合实践能力。　（３）第三层次——小型数字系统设计与制作　在以上两个层次实验训练的基础上，要求学生利用课余时间进行开放实验。学生自主选择课题，利用　中小规模数字集成器件进行电路设计，并在通用板上布线、安装、焊接和调试，最后提交设计作品。作品内　容要求尽可能涵盖数字电路课程中学过的数字集成电路器件，即包含通用门电路、常用ＭＳＩ组合逻辑器　件和时序逻辑器件、５５５定时器等。　这一层次的教学要点在于从多模块的综合实验过渡到小型数字系统的设计制作，进～步加强学生的　综合实践能力和综合素质的培养。第三层次实验要求学生自主完成一件作品，激发了学生的成就感，提高　了他们的学习热情，从而进一步提高了教学质量。　１．２数字电路课程设计教学方案和内容　数字电路课程设计将以往按单一课程设置的１周课程设计，调整为与先进的ＥＤＡ技术相结合的２　周课程设计。在学生学完数字电路理论、数字电路实验、ＥＤＡ技术等课程的基础上，要求学生把数字电路　第３期　朱幼莲黄成宋伟等：数字电路实践教学改革探索　７３　的基础知识、组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与整形等五大知识模块综　合起来，运用ＥＤＡ技术，完成数字系统设计，从而提高数字系统的设计能力以及分析、解决实际问题的能　力。课程设计以学生自主设计为主，教师辅导为辅，突出实践能力培养，挖掘学生的创新潜能。　具体教学方案和内容如下：　（１）选题（学生可以根据实际情况从以下课题中任选一题，或自选课题）：二进制乘法器，彩灯控制器，　数字频率计，波形发生器，出租车计费器，交通灯控制器，数字密码锁，数字钟，抢答器，乒乓游戏机等近４０多　个参考课题；　（２）理论设计：能根据课题要求和所学理论知识，查阅相关资料，提出设计方案，选择器件，独立完成　预设计；　（３）软件设计（ＶＨＤＬ程序设计、编译、下栽）；　（４）硬件设计（基于ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件硬件设计、安装、调试）；　（５）设计作品验收和答辩；　（６）撰写课程设计报告。　上述方案具有如下特点：　（１）设计内容上做到软硬结合　改变以往单一的设计模式（即软件设计、仿真、下载到实验箱调试的软件模式或硬件电路设计、安装、　调试的纯硬件模式）。新的教学方案要求学生运用ＥＤＡ技术，设计基于ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件的课题方案，完　成软件ＶＨＤＬ程序设计、编译、下载和外围硬件电路的设计、安装、调试。新的教学方案突出了课程设计内　容的综合性和设计方法的先进性。　（２）课题选择上真正做到一人一题　教师给出难易不同的近４０多个参考课题，学生可以根据个人能力和兴趣选择教师给出的参考课题，　也可以在教师指导下自拟课题。每个课题任务由基本、适中、提高三个层次组成，以适合不同层次的学生　需求。强调一人一题，一方面避免了以往多人同一课题而导致的抄袭现象；另一方面真正做到了“因材施　教”，可以充分挖掘学生的创新潜能。　（３）增加选题答辩环节　把学生作为课程设计的主体，发挥了其主观能动性。学生自行选择课题，并走上讲台，陈述选题理由、　技术指标、基本原理及设计方案，一方面可以加深他们对课题的理解，另一方面也让他们充分感受课题答　辩的氛围，对其综合素质的培养起到积极的作用。　２周的课程设计教学方案在内容上突出了实践教学的综合性，在设计方法上体现了设计技术的先进　性，可以使学生掌握数字系统的ＥＤＡ设计方法，提高分析问题、解决问题能力以及对先进技术的应用能　力，有利于其创新潜能的挖掘。　２　改革考核方式，科学评定成绩　成绩评定标准的制定是新的教学方案成功实施的关键之一，它起着激励学生学习主动性和积极性的　作用。成绩评定应以人为本，允许学生充分发挥个性特长，放开思路，鼓励学生创新。在成绩评定中，既要　注重学生的实验过程以及动手能力，也要兼顾学生的实验态度和学习基础。要鼓励不同层次的学生在不　同的起点上前进，肯定每个人的点滴进步，创造一种积极进取、竞争互助的学习氛围。　数字电路实验课的考核环节包括：实验过程（包括预习、过程检查和结果验收）（４０％），每次实验结　束，指导教师现场打分，让学生知道自己的完成质量；规范化的实验报告（２０％）；课外系统设计制作　（４０％）。评定中对于难度一般的课题，除了功能正常、调试通过，还要求布线合理、焊接美观才能获得优秀　的成绩；对于有难度的课题，只要功能正常、调试通过即可获得优秀。　７４　江苏技术师范学院学报　第１６卷　数字电路课程设计的考核环节包括：预答辩（１０％）；过程检查（２０％）；结果验收（２０％）；现场答辩　（３０％）；课程设计报告（２０％）。　３　创造实践教学条件，提高教学管理水平　实践教学改革方案只有具备了必要的物质条件才能成功实施。为保障新方案的实施，数字电路课程　组在学校支持下研制了新的数字电路实验装置，并在改建的数字电路实验室中配备了８０台套，保证了学　生实验１人１组。课程组还自制了集成电路检测器、ＣＰＬＤ开发板，编写了配套的实验讲义和课程设计指　导书。图ｌ所示是为实践教学提供的先进的实验平台。　（ａ）数字电路实验装置　（ｂ）ＣＰＬＤ开发板及课稃设计指导书　图１自制实验装置　（ｃ）集成电路检测器　考虑到学生生源的复杂性（有普高生源和职高生源），在教学组班时，将相近层次的学生组成一个教　学班，每学年的并行班分“教改班”、“普高班”和“职高班”三个层次。针对不同知识背景、不同能力结构、不　同层次学生的教学需求，在遵循实验大纲的基础上，对所开设的实验要有所选择。注重因材施教，实行分　类教学，在保证全体学生达到基本要求后，对优秀学生安排提高层次的实验项目或课题研究。　此外，数字电路课程组还创新性地提出由学生自己检测、保管元器件和ＣＰＬＤ开发板，以培养学生强　烈的责任心。此方法已经实施三年多，起到了较好的效果。明显降低了实验器件的受损率，提高了教师的　工作效率，同时培养了学生强烈的责任心，对实践教学改革方案的实施起到了积极的推动作用。　４　结　语　数字电路实践教学改革方案经过三年多的探索和实施，取得了显著的成效。不少学生选择　ＣＰＬＤ／ＦＰＣＡ器件做课外科技制作、毕业设计等，并在各种电子竞赛中取得了较好的成绩。数字电路教学　改革成果获学校“教学改革成果一等奖”，相应的课程建设被评为“江苏省精品课程”。数字电路实践教学　改革方案贯彻了知识、能力、素质有机结合的教改思想，体现了因材施教的教学原则，同时，自制实验装置　等措施也为方案的实施提供了良好的实验平台。这一方案的实施，激发了学生的学习主动性，强化了能力　培养，提高了教学质量，为学生后续课程的学习、毕业设计、科研开发等奠定了基础。　参考文献：　【１］王勇．模拟与数字电路实验的课程设置叨．电气电子教学学报，２００７，２９（１）：６－７．　［２】戚玉强，吴如樵．数字电路课程教学改革的探索与实践【Ｊ】．张家口职业技术学院学报，２００８，２１（４）：５９－６０．　［３］刘新元，谢柏青．数字逻辑电路实验课程改革田．电气电子教学学报，２００９，３１（２）：８－１０．　［４］阎石．数字电子技术基础【Ｍ］．５版．北京：高等教育出版社，２０ｏ６．　【５］朱幼莲，翟丽芳。黄成．数字电路课程的教学改革与实践忉．江苏技术师范学院学报，２００５，ｌｌ（４）：６７—７０．　（下转第７８页）　７８　江苏技术师范学院学报　第１６卷　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓ　ⅣＵ　Ｃｈｕｎ一　姒ＨＡ　Ｎ　Ｘｉａｏ－ｘｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｔｅａｃｈｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ａｎ　ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔａｔｅｄ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｓｔｕｄｅｎ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