“数字电路”课程教学之探索

纪萃萃

摘要:本文针对高职学生自身基础薄弱的特点,介绍了在高职院校计算机专业的数字电路教学过程中,坚持以学生为本,对特定的教学方法,教学手段的探索和实践,为更好地开展高职高专教学提供了新思路。

关键词:以学生为本;形象化教学;师生互动

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

“数字电路”是计算机专业的一门重要专业基础课,然而由于课程的特点以及高职学生自身基础知识薄弱的特点,很多同学认为数字电路比较枯燥且难理解,从一开始就对这门课没有信心,因而也就学不好该课程。因此教师在讲授该课程时,应充分考虑学生自身特点,因材施教。

针对这一现实,首先在教材选用上,我校选用了清华大学电子学教研组编写的《数字电子技术基础简明教程》第二版。该教材简明扼要,深入浅出,思路清晰,便于学生首先从感性上接受。其次,对整本教材的特点进行了分析,给出整本书的一个脉络。第一章为这门课程的基础,第二章为第三章的基础,第四章为第五章的基础,重点内容为第三章和第五章。

2教学理念

在教学过程中,我们首先坚持“以学生为本”的教学理念。“教”的目的是让学生“学”,重点在于学生学的效果如何。坚持以学生为本,首先要分析学生特点,选取适当教材,采用适合学生特点的教学方法,最重要的是建立和谐的课堂教学。通过设计和谐的教学课堂,创造和谐的教学氛围,提供和谐的成长环境,使教师的“教”和学生的“学”更加和谐。

3教学方法

人的认识规律,总是由浅入深,由表及里,由具体到抽象,由简单到复杂。教学活动是学生在教师的引导下对新知识的一种认识活动,必须遵循人的认识规律进行教学活动。

3.1由简入难,善于总结

教学活动要按照由简入难的层次设计。为适应学生认识水平的差异,根据人的认识规律,把学生的认识活动分为不同的阶段,在不同阶段完成适应认识水平的教学任务,通过逐步递进,使学生在较高层次上把握所学知识。

学习数字电路,首先学习最基本的逻辑代数基础知识,为组合逻辑电路和时序逻辑电路打基础。学习组合电路前,先认识组合电路的基本单元——门电路,为组合电路的分析和设计打基础;学习时序电路前,先认识时序逻辑电路的基本单元——触发器,为时序逻辑电路的分析和设计打基础。

第一章逻辑代数基础的学习,从学生最熟知的十进制数讲到简单的二进制数,再学习八进制数和十六进制数,然后对几种数制进行对比,最后讲解进制间相互转换。这些简单知识既是后续知识的基础,更是为了给学生一个较低的门槛,树立起学好这门课程的信心。布置课后作业也采用同样策略,有简有难,由简入难,目的是给学生树立信心。

第四章触发器的内容安排也如此,按照电路结构的不同,将触发器分为基本触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器,一类触发器为一节。首先讲授最基本的RS触发器,由于电路较为简单,通过详细讲解较容易掌握;再在基本RS触发器基础上,加上时钟脉冲和两个与非控制门,构成同步RS触发器;接着在同步RS触发器基础上,将R、S两个输入端都接同一信号D就构成了同步D触发器;两个同步RS触发器相连,同时将互补信号 和 作为时钟脉冲分别提供给两个同步RS触发器,就构成了主从RS触发器;两个同步的D触发器相连,同时将互补的信号 和 作为时钟脉冲分别提供给两个同步D触发器,构成边沿D触发器。因此在结构上各触发器是一脉相承的,电路结构决定电路功能。所有触发器都按这样的思路认识:电路结构和逻辑符号——工作原理——次态与现态关系(从特性表、特性方程、卡诺图、状态表、时序图五个方面理解)。

3.2先总后分,点面结合

从课程角度上看,首先向学生介绍学习本课程目的,使学生明确学习方向,做到心中有数,提高学习动力;然后给出课程框架,理清该课程主脉络,即高屋建瓴,避免“只见树木不见森林”;最后向框架中填充内容,即讲解每一章具体教学内容,即“化整为零,各个击破”。

从章节角度看,各章节都条理清晰,以本书重点内容第三章和第五章为例。两章内容组织都是先总体介绍组合(时序)电路的分析和设计方法,后按电路功能不同具体学习各种典型组合(时序)电路。

学习这两章都要点面结合,以点带面。学习各种电路不是平均花时间,而是以某一具体电路为典型,理清学习思路及学习方法。举一反三,使学生豁然开朗。

组合逻辑电路以全加器为例:

 首先,明确电路功能,即实现两个同位加数和来自低位的进位三者相加;

 其次,据功能列真值表。方法:输入的两个加数和一个来自低位的进位分别取0、1,这样三个数相加的情况共有八种,输出有两个:进位与全加和,得到全加器真值表,如表1所示。

组合逻辑电路学习思路:功能→真值表→表达式→逻辑图,即按照组合逻辑电路设计方法的步骤来认识电路。在学习编码器、译码器、数据选择器、数据分配器等组合电路时,重点明确电路功能,之后学生可按该思路自学或做好课前预习。

时序逻辑电路学习思路:功能→状态图→选择触发器,并求时钟方程、输出方程、状态方程→求驱动方程→画逻辑图。以某时序电路为典型,学习后续时序电路如法炮制。

3.3形象化教学

“数字电路”是一门相对抽象、枯燥的课程,长时间学习学生容易疲倦,因此采用形象化教学尤为重要。由于数字电路特点跟生活中某些事物类似,可将抽象知识转化为学生熟知的具体生活实例,提高学生学习兴趣,快乐学习,快速学会。

例如,讲解只读存储器ROM的内部结构时,将ROM比作田字格本的一页纸,字线数即田字格行数,位线数即田字格列数,则存储器容量计算转换为求一页田字格的字数。这里的位线数是经过译码器译出的信号个数,即N个地址输入可以译出2N个位线数。存储器的输入是需进行译码的地址信号(N个),输出是某内存单元的内容,即存储的数据(b位),存储器总容量为2N* b(位)。

例如,学习4选1数据选择器时,先举例子:4辆并行在宽敞道路上的汽车,遇到只容一辆车通过的小路,此时需警察指挥,以两面旗控制,每个旗两种颜色——红色和蓝色。规定两面旗都是红色时,第一辆车通过,第一面旗红色且第二面旗蓝色时,第二辆车通过,第一面旗蓝色且第二辆旗红色时,第三辆通过,两面旗都是蓝色时,第四辆通过。四辆车即数据选择器的四输入数据D0～D3,两面旗即选择控制信号A1和A0 ,均取值0或1,则A1和A0 共四种取值,每种取值分别控制四路数据之一通过。这样学生更容易理解且不易忘记。

3.4师生互动

现代教育理论认为,师生互动是教学中非常重要的人力资源。因此,教师在教学过程中,必须加强师生互动,要有意识地引导学生体验知识的产生过程,理解知识的形成方式。只有这样,才能实现感性知识向理性能力的转化。要让学生主动学,最重要的是在教学过程中加强学习方法的指导,帮助学生掌握正确实用的学习方法。因此,教师要确立教法要为学法服务的观念,依据适合学生的学习方法来设计课堂教学内容,促使学生养成良好学习习惯。

课堂教学不是从逗号走向句号的过程,而是引导学生带着问号进入课堂,在教学中产生更多问号的过程。只有这样学生才能具备可持续发展进步的基础。要善于设疑、留疑,让学生带着问题听课,在分析解决问题过程中学会思考。要千方百计激发学生的学习兴趣,想方设法让课堂教学“动”起来,真正把学生变成课堂的主人。

数字电路一般是在第一个学期为新生开设,此时学生有好奇心和新鲜感,讲课时多提出疑问,有助于学生养成积极思考的习惯。要在课堂上适当采用发问语气,引导学生思考,多提出一些相对简单的问题,防止学生因深思而无法跟上后继课堂内容:函数的公式化简法和卡诺图化简法各自有什么样的优点;若函数表达式以mi形式表示,哪种化简方法更简单;用卡诺图化简时,你认为哪一步比较困难等。要保证提出问题后,学生短时间内思考一遍,之后老师给出正确答案。课后留给学生稍难的综合思考题,使学生充分考虑。课间多与学生沟通交流,及时了解学生掌握知识的程度,通过学生的反馈不断调整教学方法,尽快找到最适合学生的教学法。

4考核方法

一门课的教学效果决定了该课程的成功与否。教学环节中各方面把握到位后,还需要通过一定方式来检验学生掌握知识的水平如何。期末考试是一种传统的考核方法,有较大的参考性,但并不是唯一或最完美途径。学生平日表现是不可忽视的重要环节,包括课堂提问,课后作业的完成情况。作为老师,更应该从平时把握学生的学习效果,并作为反馈及时调整教学思路和方法,不能只盯住最后的期末考试作为教学效果。

5教学效果

任何好的教学方法,都离不开吃透教材和充分的备课。通过改进教学方法,2008级新生学习该课程的积极性明显高于2007级,很多学生都喜欢这门原本枯燥的课程,上课积极性很高。期末考试成绩表明,大部分学生掌握了数字电路的基本概念、基本原理,但两级分化较为严重。卷面反映出小部分学生基本不听课,对这些学生应该采取何种教育和教学方法是今后需要研究和改进的重点。

参考文献:

[1] 李晓燕. 坚持以学生为本的教学理念[EB/OL]. [2007-09-27]. http://theory.people.com.cn/GB/49157/49166/ 6321171.html.

[2]周贤善,李娟,官彬. Java课程教学的探析[J]. 计算机教育,2009(2):69-71.

The Exploration of Curriculum Teaching on Digital Logic Circuit

JI Cui-cui

(Department of Computer Science and Technology, Shandong Institute of Education, Jinan 250013, China)

Abstract: An especial new teaching method for Digital Logic Circuit were produced based on the special character of vocational and technical institutes students whose basic knowledge were weak. The teaching methods and measures were all student-oriented, which give us a new thread for teaching vocational and technical institutes students better.

Key words: students-oriented; vivid teaching; interaction between teachers and students