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摘 要:数字电子技术基础课程教学改革的文章数不胜数,但如何教好和学好它的文章几乎没有。依据数字电子技术基础课程的特点和现代电子技术的发展状况,结合我们多年在该课程教学中的一些教学实践和认识,对教师如何教好和学生如何学好该课程等进行了探讨,有助于提高该课程的教与学质量。
关键词:数字电子技术基础 教学 学习
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)07(a)-0184-02
数字电子技术基础课程(简称数字电路)是高等学校电气信息类专业的主干专业基础课程,也是学习后续微机原理与接口技术、单片机原理、电子测量与仪器、EDA技术等与硬件密切相关课程的前导和桥梁课程。随着现代电子技术的发展,数字电子技术的应用越来越广泛,渗透到各个领域,该门课程教学和学习的效果将直接影响到学生以后的学习甚至就业,如何教好和学好该课程至关重要[1]。
1 数字电子基础课程的特点
数字电子技术基础是一门关于电子技术应用的入门性质的技术基础课程。它除了具备技术基础课程的一般性特点(有自身比较完整的理论体系,是许多后续课程的公共基础)以外,还具有很强的实践性。也就是说,课程内容涉及的许多具体电路都可以作为最终的实用电路或产品,因而它不是一门纯理论性质的课程。在分析和设计数字电路的过程中,必须考虑一些可能会遇到的工程实际问题[2]。
2 教师教学过程中应把握好几条主线
2.1 把握好基本概念的讲授
数字电路的概念较多,它是学习数字电路的前提和出发点。教师必须在讲清楚相关基本概念的前提下,才能讲授基本理论和基本方法,要要求学生首先学习和掌握好各个基本概念,为学习具体的数字电路打下坚实的基础。重要的基本概念有什么是数字电路、基本门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、可编程逻辑电路、ADC、DAC、卡诺图、状态转换图、状态转换表、时序图、存储器、中规模集成电路、触发器的电路结构和动作特点等。在强调基本概念下,学生学习时就会感到逻辑性强,比模拟电路要简单。
2.2 把握好基本理论(原理)知识点讲授
数字电路课程的基本理论主要有逻辑代数相关知识,各种门电路的电气特性,组合电路和时序电路的描述方法(逻辑函数式、特性方程、驱动方程、状态方程、时序图、状态转换图等),电路分析的相关理论知识,模拟电路的相关理论知识等。教师在讲授过程中,一定要把这些理论知识点讲清、讲透,并且要求学生要强化,达到融会贯通的程度。因为这些理论知识应用贯穿各个章节,掌握好了后,学生学习起来才感到轻松自如,有成就感,可以提高学习兴趣。而对于集成电路内部电路或内部结构等只要在讲授原理时讲清楚,不一定要学生掌握得透彻,只要了解就行了。
2.3 把握好基本方法的讲授
数字电路课程的基本方法主要有逻辑代数的公式化简法,卡诺图化简法,组合逻辑电路的分析和设计方法,时序逻辑电路的分析和设计方法,A/D和D/A转换方法等。教师在讲授过程中,一定要把这些方法的实质内容给学生讲清楚,可以通过多道例题和习题使学生掌握熟练,同时也要把这些方法在数字电路中的应用方面和重要性介绍给学生,引起学生的注意力。只有掌握好了这些基本方法,学生学习时才感到下笔如有神的感觉。
2.4 注重现代电子技术知识介绍传授
教材中的知识一般都是些经典的基础知识,要比现实应用中的技术落后至少五年以上。要想满足学生的工程应用实践训练,必须注重现代电子技术知识的介绍传授,教师在教学过程中可以适量的介绍一些现代电子技术知识的应用来开阔学生的视野和激发学生的积极性,如利用软件在课堂上演示一些具体的电路仿真实验,并且要求学生一定要在课外加强学习,可以布置一些课外练习。比如电子电路的计算机辅助分析与设计方面,要求学生至少掌握一种应用软件技术(Orcad、Protel、Multisim等)进行电路图的编辑、PCB设计、电路的仿真等。
2.5 要善于突出重点和突破难点
数字电路课程的内容多,不能把所有的东西都要全部讲清讲透,眉毛胡子一把抓,这样反而会适得其反,尤其是青年教师更应该注意。我们认为数字电路课程要突出的重点是逻辑代数知识,门电路的概念,逻辑函数的表示方法及其相互转换和化简方法(求真值表、由真值表求函数式、公式和卡诺图化简法、由函数式画逻辑图),触发器的逻辑功能描述方法(各种触发器的特性方程、动作特点、状态转换表及转换图、时序图),组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法等,教师一定要强调學生熟练掌握和融会贯通,达到举一反三程度。因为有了这些知识和方法,不管是存储器、可编程逻辑器件,还是ADC、DAC等内容,学生学习起来就会感到轻松自如。要突破的难点主要有门电路的结构和工作原理及静态和动态特性,因为这要牵涉到内部电路,尤其是模拟电路学得不好的学生更感到特别难。因此，在讲授这些内容时,老师应该给学生交待清楚只要求学生了解内部工作原理就行了,重点是掌握其外特性和门电路的外部逻辑功能;难点之二是各种触发器的工作原理及动作特点分析,老师在讲授这些内容时一定要在课堂上讲清楚,但不一定要学生全部掌握,要学生掌握各种触发器的特性方程和动作特点,这样就可以求出特性表、状态转换图、时序图等;难点之三是存储器和可编程逻辑器件的读写工作原理,老师也只要在课堂上讲清楚就行了,学生掌握得好不好并不重要,因为现在芯片读写都是通过编程用计算机和编程器完成的,学生在实际应用中只需点一下就完成了。难点之四是脉冲波形产生和整形,主要是要学生先复习电路分析的相关知识,学生对RC电路的分析计算熟练掌握好了,那么难点就不难了。
2.6 加强网络课堂教学
由于现在的网络十分普及,为了弥补课堂教学的不足,教师应该十分注重网络教学的重要性,缩短与学生的时空距离,可以利用网络课堂进行答疑讨论、学习方法辅导、作业批改,甚至可以交流思想和进行心理辅导等。
2.7 要多进行教学方法和手段的改革
现代教学方法和手段很多,在此不在叙述,我们认为主要的问题是学生适应不适应你所采用的方法和手段,我们认为一定要以教学实际效果为目的,我们主要是采用了启发式和讨论式来提高课堂教学的互动性,在采用多媒体教学的同时,尽量多一些板书来提高学生课堂学习的注意力和积极性。
3 学生学习过程中应注重的几个方面
3.1 要善于抓重点内容学习
数字电路种类繁多,更新换代周期短,我们没有必要一个一个去分析研究它们。但是它们所涉及到的基本概念、基本原理、分析和设计方法及实验调试方法却是相同的。只要掌握了这些基本原理和方法,我们就可以分析给出的任何一种数字电路,也可以根据提出的任何一种需要实现的逻辑功能,设计出相应的逻辑电路。因此,掌握好数字电路的基本概念、原理、分析和设计方法及实验调试方法是本课程的重点[2]。具体来讲重点内容有逻辑代数知识,逻辑函数的化简方法,门电路和触发器知识(真值表、逻辑函数式、逻辑图、特性表、特性方程、状态转换表、状态转换图、时序图及其相互转换),组合和时序逻辑电路的分析、设计方法,各种数字电路的外特性,对内部的电路结构和中、大规模集成电路内部的逻辑图查手册就行了,因为我们是应用数字电路,而不是设计数字电路,能熟练应用各种数字电路设计数字系统就行了。学习和掌握好了这些重点知识,就是没有老师教,也能够自己学习后续章节内容。
3.2 要学会处理工程实际问题的方法
实际的工程技术问题往往比较复杂,影响的因素很多。在满足精度要求的条件下,经常采用工程近似的方法处理这些问题,即忽略次要因素,使问题简化,得到近似的计算结果[2]。
在学习过程中,一定要建立起工程的概念,并且要通过在实践中体会,这样才能真正地掌握处理实际工程问题的方法实质。
3.3 要善于学习教材和读书
由于教材的内容较多,老师不可能全部讲完,有些内容需要课外自己阅读理解的。要精读、会读书,如上述的重点知识内容一定要读懂、读透,当熟练掌握了重点知识后,就有能力通过自学阅读非重点内容,从而达到全面掌握数字电路课程的全部内容。这样即达到了学好该门课程,又达到了提高自己的自学能力,为今后创造性学习新的知识打下了良好的基础。在读好教材的同时,可以适当的阅读辅导书籍,建议只要读一本好的参考书,不要读杂,即会读书和读好书;好的参考书,我们认为应该是开拓思路和视野,培养和提高分析问题和解决问题能力为主要目的书。如阎石编,《帮你学数字电子技术基础释疑、解题、考试》,高等教育出版社出版;邹逢兴主编,《数字电子技术基础典型题解析与实战模拟》,国防科技大学出版社出版;张公望等编,《数字电子技术基础常见题型解析及模拟题》,西北工业大学出版社出版;同学们只要读其中的一本,就会感到受益非浅,因为这几本书中有重点内容介绍、难点释疑、解题思路和方法介绍(有些例题的解题思路和方法有多种),也有知识综合应用示例等。同学们在读书的同时,一定要多做一些习题来加深对课程内容的理解。
3.4 要充分利用精品课程资源来学习
现在的学习资源非常丰富,除了课程教材和辅导书籍外,同学们还可以充分利用国家精品课程网站来弥补本校的学习资源不足,因为国家精品课程是对外开放的,网站内容也非常丰富。
3.5 要加强在实践中学习
实践出真知,长才干。课程中的很多内容可以通过实践来加深理解,达到茅塞顿开、事半功倍的效果。如做好課程实验,参加大学生电子竞赛、课程设计、电子制作等。在此,特别强调的是要加强现代电子技术知识的实践训练(如EDA技术),这样才能适应和满足现代社会对人才的实际需求,增强自己的社会竞争力和提高就业能力和素质。
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:高等教育出版社出版,2006.
[2] 阎石编.帮你学数字电子技术基础释疑,解题,考试（第1版）[M].北京:高等教育出版社出版,2004.
关键词:数字电子技术基础 教学 学习
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)07(a)-0184-02
数字电子技术基础课程(简称数字电路)是高等学校电气信息类专业的主干专业基础课程,也是学习后续微机原理与接口技术、单片机原理、电子测量与仪器、EDA技术等与硬件密切相关课程的前导和桥梁课程。随着现代电子技术的发展,数字电子技术的应用越来越广泛,渗透到各个领域,该门课程教学和学习的效果将直接影响到学生以后的学习甚至就业,如何教好和学好该课程至关重要[1]。
1 数字电子基础课程的特点
数字电子技术基础是一门关于电子技术应用的入门性质的技术基础课程。它除了具备技术基础课程的一般性特点(有自身比较完整的理论体系,是许多后续课程的公共基础)以外,还具有很强的实践性。也就是说,课程内容涉及的许多具体电路都可以作为最终的实用电路或产品,因而它不是一门纯理论性质的课程。在分析和设计数字电路的过程中,必须考虑一些可能会遇到的工程实际问题[2]。
2 教师教学过程中应把握好几条主线
2.1 把握好基本概念的讲授
数字电路的概念较多,它是学习数字电路的前提和出发点。教师必须在讲清楚相关基本概念的前提下,才能讲授基本理论和基本方法,要要求学生首先学习和掌握好各个基本概念,为学习具体的数字电路打下坚实的基础。重要的基本概念有什么是数字电路、基本门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、可编程逻辑电路、ADC、DAC、卡诺图、状态转换图、状态转换表、时序图、存储器、中规模集成电路、触发器的电路结构和动作特点等。在强调基本概念下,学生学习时就会感到逻辑性强,比模拟电路要简单。
2.2 把握好基本理论(原理)知识点讲授
数字电路课程的基本理论主要有逻辑代数相关知识,各种门电路的电气特性,组合电路和时序电路的描述方法(逻辑函数式、特性方程、驱动方程、状态方程、时序图、状态转换图等),电路分析的相关理论知识,模拟电路的相关理论知识等。教师在讲授过程中,一定要把这些理论知识点讲清、讲透,并且要求学生要强化,达到融会贯通的程度。因为这些理论知识应用贯穿各个章节,掌握好了后,学生学习起来才感到轻松自如,有成就感,可以提高学习兴趣。而对于集成电路内部电路或内部结构等只要在讲授原理时讲清楚,不一定要学生掌握得透彻,只要了解就行了。
2.3 把握好基本方法的讲授
数字电路课程的基本方法主要有逻辑代数的公式化简法,卡诺图化简法,组合逻辑电路的分析和设计方法,时序逻辑电路的分析和设计方法,A/D和D/A转换方法等。教师在讲授过程中,一定要把这些方法的实质内容给学生讲清楚,可以通过多道例题和习题使学生掌握熟练,同时也要把这些方法在数字电路中的应用方面和重要性介绍给学生,引起学生的注意力。只有掌握好了这些基本方法,学生学习时才感到下笔如有神的感觉。
2.4 注重现代电子技术知识介绍传授
教材中的知识一般都是些经典的基础知识,要比现实应用中的技术落后至少五年以上。要想满足学生的工程应用实践训练,必须注重现代电子技术知识的介绍传授,教师在教学过程中可以适量的介绍一些现代电子技术知识的应用来开阔学生的视野和激发学生的积极性,如利用软件在课堂上演示一些具体的电路仿真实验,并且要求学生一定要在课外加强学习,可以布置一些课外练习。比如电子电路的计算机辅助分析与设计方面,要求学生至少掌握一种应用软件技术(Orcad、Protel、Multisim等)进行电路图的编辑、PCB设计、电路的仿真等。
2.5 要善于突出重点和突破难点
数字电路课程的内容多,不能把所有的东西都要全部讲清讲透,眉毛胡子一把抓,这样反而会适得其反,尤其是青年教师更应该注意。我们认为数字电路课程要突出的重点是逻辑代数知识,门电路的概念,逻辑函数的表示方法及其相互转换和化简方法(求真值表、由真值表求函数式、公式和卡诺图化简法、由函数式画逻辑图),触发器的逻辑功能描述方法(各种触发器的特性方程、动作特点、状态转换表及转换图、时序图),组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法等,教师一定要强调學生熟练掌握和融会贯通,达到举一反三程度。因为有了这些知识和方法,不管是存储器、可编程逻辑器件,还是ADC、DAC等内容,学生学习起来就会感到轻松自如。要突破的难点主要有门电路的结构和工作原理及静态和动态特性,因为这要牵涉到内部电路,尤其是模拟电路学得不好的学生更感到特别难。因此，在讲授这些内容时,老师应该给学生交待清楚只要求学生了解内部工作原理就行了,重点是掌握其外特性和门电路的外部逻辑功能;难点之二是各种触发器的工作原理及动作特点分析,老师在讲授这些内容时一定要在课堂上讲清楚,但不一定要学生全部掌握,要学生掌握各种触发器的特性方程和动作特点,这样就可以求出特性表、状态转换图、时序图等;难点之三是存储器和可编程逻辑器件的读写工作原理,老师也只要在课堂上讲清楚就行了,学生掌握得好不好并不重要,因为现在芯片读写都是通过编程用计算机和编程器完成的,学生在实际应用中只需点一下就完成了。难点之四是脉冲波形产生和整形,主要是要学生先复习电路分析的相关知识,学生对RC电路的分析计算熟练掌握好了,那么难点就不难了。
2.6 加强网络课堂教学
由于现在的网络十分普及,为了弥补课堂教学的不足,教师应该十分注重网络教学的重要性,缩短与学生的时空距离,可以利用网络课堂进行答疑讨论、学习方法辅导、作业批改,甚至可以交流思想和进行心理辅导等。
2.7 要多进行教学方法和手段的改革
现代教学方法和手段很多,在此不在叙述,我们认为主要的问题是学生适应不适应你所采用的方法和手段,我们认为一定要以教学实际效果为目的,我们主要是采用了启发式和讨论式来提高课堂教学的互动性,在采用多媒体教学的同时,尽量多一些板书来提高学生课堂学习的注意力和积极性。
3 学生学习过程中应注重的几个方面
3.1 要善于抓重点内容学习
数字电路种类繁多,更新换代周期短,我们没有必要一个一个去分析研究它们。但是它们所涉及到的基本概念、基本原理、分析和设计方法及实验调试方法却是相同的。只要掌握了这些基本原理和方法,我们就可以分析给出的任何一种数字电路,也可以根据提出的任何一种需要实现的逻辑功能,设计出相应的逻辑电路。因此,掌握好数字电路的基本概念、原理、分析和设计方法及实验调试方法是本课程的重点[2]。具体来讲重点内容有逻辑代数知识,逻辑函数的化简方法,门电路和触发器知识(真值表、逻辑函数式、逻辑图、特性表、特性方程、状态转换表、状态转换图、时序图及其相互转换),组合和时序逻辑电路的分析、设计方法,各种数字电路的外特性,对内部的电路结构和中、大规模集成电路内部的逻辑图查手册就行了,因为我们是应用数字电路,而不是设计数字电路,能熟练应用各种数字电路设计数字系统就行了。学习和掌握好了这些重点知识,就是没有老师教,也能够自己学习后续章节内容。
3.2 要学会处理工程实际问题的方法
实际的工程技术问题往往比较复杂,影响的因素很多。在满足精度要求的条件下,经常采用工程近似的方法处理这些问题,即忽略次要因素,使问题简化,得到近似的计算结果[2]。
在学习过程中,一定要建立起工程的概念,并且要通过在实践中体会,这样才能真正地掌握处理实际工程问题的方法实质。
3.3 要善于学习教材和读书
由于教材的内容较多,老师不可能全部讲完,有些内容需要课外自己阅读理解的。要精读、会读书,如上述的重点知识内容一定要读懂、读透,当熟练掌握了重点知识后,就有能力通过自学阅读非重点内容,从而达到全面掌握数字电路课程的全部内容。这样即达到了学好该门课程,又达到了提高自己的自学能力,为今后创造性学习新的知识打下了良好的基础。在读好教材的同时,可以适当的阅读辅导书籍,建议只要读一本好的参考书,不要读杂,即会读书和读好书;好的参考书,我们认为应该是开拓思路和视野,培养和提高分析问题和解决问题能力为主要目的书。如阎石编,《帮你学数字电子技术基础释疑、解题、考试》,高等教育出版社出版;邹逢兴主编,《数字电子技术基础典型题解析与实战模拟》,国防科技大学出版社出版;张公望等编,《数字电子技术基础常见题型解析及模拟题》,西北工业大学出版社出版;同学们只要读其中的一本,就会感到受益非浅,因为这几本书中有重点内容介绍、难点释疑、解题思路和方法介绍(有些例题的解题思路和方法有多种),也有知识综合应用示例等。同学们在读书的同时,一定要多做一些习题来加深对课程内容的理解。
3.4 要充分利用精品课程资源来学习
现在的学习资源非常丰富,除了课程教材和辅导书籍外,同学们还可以充分利用国家精品课程网站来弥补本校的学习资源不足,因为国家精品课程是对外开放的,网站内容也非常丰富。
3.5 要加强在实践中学习
实践出真知,长才干。课程中的很多内容可以通过实践来加深理解,达到茅塞顿开、事半功倍的效果。如做好課程实验,参加大学生电子竞赛、课程设计、电子制作等。在此,特别强调的是要加强现代电子技术知识的实践训练(如EDA技术),这样才能适应和满足现代社会对人才的实际需求,增强自己的社会竞争力和提高就业能力和素质。
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:高等教育出版社出版,2006.
[2] 阎石编.帮你学数字电子技术基础释疑,解题,考试（第1版）[M].北京:高等教育出版社出版,2004.