導(dǎo)語：數(shù)字電路課程實(shí)踐教學(xué)效果一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：常規(guī)的數(shù)字電路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生的創(chuàng)新能力很難被激發(fā)。為培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，增加課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，設(shè)置以學(xué)生為主體的實(shí)踐項(xiàng)目。通過設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)物制作、撰寫報(bào)告、答辯驗(yàn)收等實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生鞏固了課堂所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)了探索創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路課程；課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐環(huán)節(jié)；“學(xué)生中心”；能力培養(yǎng)

數(shù)字電路是電子信息類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，可以為單片機(jī)原理及應(yīng)用和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，在整個(gè)專業(yè)課程體系中占有重要地位[1]。該課程由理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分組成。理論教學(xué)主要涉及組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、脈沖單元電路三個(gè)知識點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的輔助。常規(guī)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般使用集成電路套件或?qū)嶒?yàn)箱，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)手冊搭建電路，完成數(shù)據(jù)測量并進(jìn)行結(jié)果分析。此類實(shí)驗(yàn)多屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證電路功能為目的，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，難以進(jìn)一步提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力[1]。因此，通過增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)踐課程，即課程設(shè)計(jì)，搭建理論知識與實(shí)際工程設(shè)計(jì)之間的橋梁，這對于完善現(xiàn)有課程體系、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力提升具有十分重要的意義[2]。

1數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)選題

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的選題應(yīng)將理論知識和系統(tǒng)設(shè)計(jì)融為一體，把數(shù)字電路的核心知識點(diǎn)最大限度地綜合在一起[3]。選題應(yīng)具有一定的實(shí)用性、可擴(kuò)展性、實(shí)現(xiàn)方案多樣性等特點(diǎn)，如數(shù)碼管循環(huán)顯示電路、多路數(shù)顯報(bào)警器、汽車尾燈控制電路、多路搶答器設(shè)計(jì)等，可以讓學(xué)生在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中充分發(fā)揮探索創(chuàng)新精神。以數(shù)碼管循環(huán)顯示電路為例。該設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字，同時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的彩燈。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖中的四個(gè)模塊最大限度地將數(shù)字電路的三個(gè)主要知識點(diǎn)：組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路和脈沖單元電路融合在一起。模塊1振蕩電路(屬于脈沖單元電路)可以輸出頻率可調(diào)的脈沖波；模塊2循環(huán)計(jì)數(shù)分頻電路(屬于時(shí)序邏輯電路)用于計(jì)數(shù)分頻且分頻值可調(diào)；模塊3譯碼顯示電路(屬于組合邏輯電路)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)字；模塊4彩燈循環(huán)顯示電路實(shí)現(xiàn)LED燈循環(huán)點(diǎn)亮。圖2是參考電路原理圖。在圖2所示電路中，模塊1使用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖波，通過調(diào)整R1、R2、C2的參數(shù)值，獲得不同頻率的輸出波；模塊2使用四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(如74LS161)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)五分頻；模塊3使用譯碼顯示驅(qū)動(dòng)模塊(如74LS47)譯碼驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管顯示數(shù)字；模塊4使用譯碼器(如3/8線譯碼器74LS138)驅(qū)動(dòng)LED燈循環(huán)點(diǎn)亮。在實(shí)踐過程中，每個(gè)模塊都有多種不同的實(shí)現(xiàn)方案，學(xué)生可自主選擇，有能力的學(xué)生還可以進(jìn)行電路功能的擴(kuò)展。

2實(shí)踐教學(xué)方法和手段

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生完成方案論證及器件選取、電路仿真驗(yàn)證、實(shí)物制作及調(diào)試、報(bào)告撰寫及測試答辯。因此，其采用的教學(xué)方法和手段不同于實(shí)驗(yàn)課。教師在學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的前、中、后期，分別有針對性地安排三次指導(dǎo)。前期準(zhǔn)備階段，主要講述電路設(shè)計(jì)的一般方法，明確設(shè)計(jì)的規(guī)范性、單元模塊間的接口方式與參數(shù)要求、仿真軟件的使用、元器件的選取原則，并對各單元模塊原理分析及實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行必要的引導(dǎo)；課程設(shè)計(jì)中后期階段，教師的指導(dǎo)側(cè)重于強(qiáng)調(diào)實(shí)物制作及調(diào)試過程中的注意事項(xiàng)，如焊接的技巧，工作電壓、芯片引腳的連接及測試，電路工作的穩(wěn)定性與可靠性等。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)要求，自主選擇時(shí)間及設(shè)計(jì)方案，逐項(xiàng)完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。一是項(xiàng)目方案論證及器件選取。學(xué)生依據(jù)自己對課堂相關(guān)知識點(diǎn)的熟悉和理解，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源，選取不同的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)各模塊功能。同時(shí)，學(xué)生通過查閱資料及手冊，熟悉常用電子器件及芯片的功能和使用方法，并根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案選擇合適的芯片和元器件。二是電路仿真驗(yàn)證。學(xué)生使用EDA仿真軟件Multisim或Proteus等搭建設(shè)計(jì)好的電路，并利用軟件中的虛擬儀器對電路進(jìn)行測量和仿真驗(yàn)證。依據(jù)理論公式，反復(fù)調(diào)試電路參數(shù)或更換元器件，進(jìn)一步完善電路設(shè)計(jì)方案，從理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性[4]。三是硬件制作及調(diào)試。學(xué)生根據(jù)仿真電路列出硬件制作所需的元器件清單，學(xué)校統(tǒng)一購買后，學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行電子線路布線、焊接及調(diào)試。學(xué)生通過使用直流電源、信號發(fā)生器、示波器、萬用表等電子儀器，熟悉儀器的使用及電子線路的測試方法，培養(yǎng)獨(dú)立排除故障的能力，提升工程實(shí)踐能力。四是報(bào)告撰寫及答辯。學(xué)生根據(jù)規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告的內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)、設(shè)計(jì)方案與論證、設(shè)計(jì)電路與功能說明、電路仿真及驗(yàn)證、硬件制作及調(diào)試、設(shè)計(jì)總結(jié)及參考文獻(xiàn)。報(bào)告的撰寫能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、踏實(shí)細(xì)致的工作作風(fēng)。答辯環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)行實(shí)物演示，陳述設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)過程，同時(shí)回答教師的提問。通過答辯，培養(yǎng)學(xué)生使用專業(yè)術(shù)語表達(dá)工程問題的能力。

3實(shí)踐教學(xué)效果及持續(xù)改進(jìn)

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)最終要求學(xué)生用洞洞板或腐蝕電路板完成實(shí)物制作，且預(yù)留測試端子，用于答辯驗(yàn)收。我校電子信息類專業(yè)大二學(xué)生在完成數(shù)字電路理論課學(xué)習(xí)后，進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)，學(xué)生制作的硬件實(shí)物及測試結(jié)果如圖3、圖4所示。通過實(shí)測及答辯，可以看出每個(gè)學(xué)生所采用的設(shè)計(jì)方案、選擇的元器件、電路的布線布局、焊接的效果均有所不同，學(xué)生在實(shí)踐過程中各方面能力均得到了有效鍛煉和提升，同時(shí)避免了相互抄襲的現(xiàn)象。圖3硬件實(shí)物圖圖4實(shí)物測試效果圖學(xué)生按要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，并在報(bào)告的總結(jié)部分講述了自己整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐過程及體會，分享了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)物制作心得及成功后的喜悅，提升了自信心，這樣的教學(xué)方式充分體現(xiàn)了“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向”的工程教育理念。隨著課程實(shí)踐教學(xué)的深入開展，教師不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，收集整理學(xué)生的反饋意見，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況修改實(shí)踐題目的內(nèi)容及要求，同時(shí)調(diào)整教學(xué)方式、進(jìn)度安排、成績評定標(biāo)準(zhǔn)等，使得數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的各方面安排更加恰當(dāng)合理，切實(shí)實(shí)現(xiàn)“以實(shí)踐促教學(xué)，育有用人才”。

4結(jié)語

數(shù)字電路課程常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方式比較單一，通過增加課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，選擇合適的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)踐題目，使學(xué)生親身經(jīng)歷從自選方案設(shè)計(jì)電路，到實(shí)物制作答辯演示的整個(gè)設(shè)計(jì)過程。學(xué)生通過實(shí)踐操作，調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)的積極性，鞏固了課堂所學(xué)的理論知識，激發(fā)了對學(xué)習(xí)的熱愛和興趣，提高了文獻(xiàn)資料閱讀能力、分析解決問題能力、歸納總結(jié)能力及溝通協(xié)作能力，培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)意識，綜合素質(zhì)得到全面提升。

參考文獻(xiàn)

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[4]孫洪穎,李緯華,楊永.基于應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革[J].電子世界,2018,(24):30-31.

作者：郭映 張祖鋒 單位：天津理工大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院 天津理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院