数字电路课堂中培养学生思维能力探讨

王 琰

摘 要:学生在校期间学习的知识远远不能满足社会的需要,只有引导学生学会思考、学会学习,培养学生的思维能力,才能适应社会日趋激烈的竞争环境。在数字电路教学过程中,创设由浅入深、循序渐进的问题情景,和学生一起对出现的问题进行讨论分析,引起学生的好奇和思考,进而达到培养学生思维能力的目的。

关键词:数字电路 课堂 培养 思维能力

学生的学习过程与教师的教学过程是密切相关的。在教学过程中,教师应时刻关注学生的心理,掌握高等职业院校学生的心理特点,设计出符合学生实际的教学过程,引导学生学会思考、学会学习,培养学生良好的思维能力,适应社会日趋激烈的竞争环境。

思维能力的培养应通过有意识地教学来加以训练,通过学生不断地练习转化为学生的思维能力。

数字电路这门课,是电类专业的技术基础课之一,触发器是时序逻辑电路的基础。以触发器为例,通过创设问题,共同讨论分析问题,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的方法,继而提高学生的思维能力。

问题一:怎样才能使电路具有记忆功能?

讨论分析:在数字系统中,不仅要对数字信号进行算术运算和逻辑运算,而且还要将运算结果保存起来,这就需要具有记忆功能的逻辑单元,能够存储一位二进制数字信号的基本逻辑单元电路称为触发器。

要满足电路具有记忆功能的条件,输入端要与输出端有一定的联系,把输出端引入到输入端即引入反馈。引入反馈后,电路在任何一个时刻的输出状态不仅取决于这一时刻的输入信号,而且还取决于电路的原来输出状态也就是现态,其输出的状态就是新状态也就是次态。

解决问题的电路:基本RS触发器

问题二:通过分析基本RS触发器可知,基本RS触发器存在两个问题,一个是在输入端如有干扰信号时,触发器就有可能发生翻转,这种电路抗干扰能力差;另一个是存在约束条件R和S不能同时为零。如何解决这些问题?电路如何改进?

讨论分析:要消除干扰信号的影响,在模拟电路中,一般是用电容进行滤波等措施。在数字电路中不太适用。触发器是逻辑记忆的基本单元,如果在需要翻转时,才在输入端加入触发信号;不需要翻转时,把触发器输入端封闭,在时间上对触发器进行控制,这样就能提高抗干扰能力。

基本RS触发器另一个问题就是有约束条件,触发器的两个输入端不能同时为零。解决这个问题,就是怎样使触发器的两个输入端不同时为零。根据以前学的知识,两个输入端,如果将一个输入端直接接到触发器,这一端加一反向器接到触发器的另一端,触发器由两个输入端变为一个输入端,解除约束条件。

解决问题的电路:同步RS触发器,抗干扰能力有所提高,但还存在约束条件,同步D触发器、同步JK触发器,不但抗干扰能力提高了,而且没有约束条件。

问题三:分析同步触发器可知,同步触发器从时间上对触发器进行了控制,减少了干扰信号引起的触发器的错误动作,电路得到了一定的改进。但是,如果在时钟脉冲CP为高电平(或者低电平)期间,输入信号发生多次变化,或者有干扰信号,其输出状态也会相应发生多次变化,引起触发器的错误动作。那么,电路能否再进行改进来克服这种状况呢?

讨论分析:同步触发器是用时间段来控制触发器,根据触发器的结构和功能,只有在触发时间(CP脉冲的宽度)上做文章。怎样缩短时钟脉冲的宽度,时钟脉冲的宽度不可能很窄,时钟脉冲发生电路做不到,是否对触发器电路进行改进,能否在时钟脉冲的上升沿或者下降沿到来的那一时刻,触发器才接受触发信号,使触发器按要求进行工作,在其他时间内,触发器的状态不会发生变化。这是可以做到的。经过改造后的触发器就是边沿触发器。

为了更进一步提高触发器的抗干扰能力,引进了维持线、阻塞线。维持线的作用就是触发器维持原来状态不变,阻塞线的作用就是阻止触发器向其他状态改变,保证触发器不发生错误动作。在脉冲上升沿或下降沿到来时维持线、阻塞线作用消失,触发器在触发信号的作用下发生动作,脉冲边沿过后,维持线、阻塞线又起作用,提高触发器的工作稳定性。

解决问题的电路:边沿JK触发器、T和T'触发器、维持阻塞D触发器等。

触发器是具有记忆功能的逻辑单元,是能够存储一位二进制数字信号的基本逻辑单元电路。那么触发器有怎样的用途呢?

由三个RS触发器、三个与非门和三个发光二极管可以构成三人抢答器。三个开关不论哪个先按下,其他两个开关就被封锁,被按下开关的那一路发光二极管发光,其他不发光,也可以加上声音,完成抢答功能。

用D触发器可以组成分频电路,还可以组成寄存器、计数器等,触发器在实际生活中用途广泛,是时序逻辑电路的基础。

因此,创设这样的由浅入深、循序渐进的问题情景,引起学生的好奇与思考,结合完成实用性的设计,既系统又直观,既生动又形象,是激发学生学习兴趣和求知欲的有效方法和手段。对于高职学生来说,更能提高他们发现问题、分析问题、解决问题的能力,学生在步入社会后,具有利用所学知识进行技术革新的能力。

总之,探索有利于发展思维能力的教学方法,给学生创设生动活泼、发人深思的问题情境,在教学过程中经常使学生思维处于激活状态,能最大限度地调动学生学习的积极性,能够很好地培养学生的思维能力。

参考文献

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3.徐旻.电子基础与技能[M].北京:电子工业出版社,2006 ■