《数字电子技术》课程创新教学方法探讨

张文昭 潘海军 梁晓琳 包本刚

(湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州425199)

0 引 言

《数字电子技术》是理工科专业的重要基础课程，是物理类、自动化类、电子信息类和计算机类学生必修的专业基础课[1～2]，该课程掌握的好坏影响着计算机技术、通讯技术、数字信号处理、EDA技术等多门课程的学习。《数字电子技术》的特点是实践性强，且由模拟电子到数字电子思维方式上有很大转变，不少初学者难以适应这种新的思维模式。积极采取有效的教学方法和实践手段成为《数字电子技术》教师和有关专家关心与探讨的重要方面。

1 传统教学模式现状

1.1 传授式为主要教学模式

老师讲、学生听这种传授式教学模式在我国历史上开始采用，其主要特点是授课简单、传授知识效率高；主要不足是学生没有思考的空间，只能被动地接受，不利于培养创新型人才。尽管重视素质的呼声很高, 师生的教学活动仍然主要是围绕知识的传授而进行的。教学评估也主要是对学生知识掌握情况的考核[3]。

1.2 课堂教学为主要教学方法

传统的教学模式以知识为目标，课堂教学仍为教学的主，自学、讨论、实验与实习、调研活动等仍处于从属位置。虽然报刊等大众传媒大力宣传大学应重视培养学生的学习能力、创造能力、实践能力等，然而在实践中却很少触动系统知识的教学改革[3]。

1.3 教师和教材是教学的中心

决定教学内容和教学方法的完全是教师，学生在课堂上主动提问的情况几乎很少，更不用说提出自己的见解与教师讨论，学生在教学过程中完全处于被动状态。另外，教材以外的参考资料非常少，这使学生很少能面对不同流派之间的争论，没有机会和条件发挥独立判断才能。

综上所述，这种传统的教学模式虽然有几百年的历史，但其弊多于其利。首先，在现行大学教学模式中，学生的存在“四少”的问题，即：思考的机会少、动口的机会少、动手的机会少和创新实践机会少。任何能力的培养都需要知行结合。仅仅掌握了系统的专业知识和大量的创造方法不能形成创新能力，而必须在创造活动中培养创新能力。如鼓励学生提问, 创设问题情景，让学生进行研究等，都有利于学生创新的实践活动，都需要大量的时间。然而在现行大学教学模式中，系统知识的授受却占用了绝大部分教学时间，压缩系统知识教学时间几乎是不可能的，因而无法在各科教学中给学生提供足够的创造活动机会[3]。因此，本课程教学组的老师研讨了《数字电子技术》课程改革的方案，并在教学过程中加以实施。

2 教学模式改革方案

2.1 调整理论课时与实验课时比

传统的教学模式是重课堂教学，轻实验教学，认为实验教学只是课堂教学的一种补充，没有充分认识到实验素养和实验技能是理论和应用之间的一座桥梁，是创新能力提高和创新人才培养的基础。

本改革方案是在确保总课量不变的情况下，根据教学大纲，调整教学内容，调整理论课时与实验课时比，将理论课时量适当压缩，实验课时量相对增加。其目的是更好地培养学生应用知识能力和创新能力。

2.2改革教学方法

在教学过程中，教学方法的选择十分重要。传统的教学方法是老师讲，学生听，容易造成学生在课堂上疲劳和无趣，达不到预期的教学目的。

在数字电子技术教学过程中，为了达到学生在理论课时量被缩减的情况下仍能全面掌握相关知识的目的，教学方法应用多样化：除了采用传统的讲授教学法外，还可将研讨式教学法、项目式教学法、任务驱动法等引入教学中。不同的教学内容需采用不同的教学方法，如：逻辑代数基础、门电路、触发器等章节可以采用讲授教学法；组合逻辑电路、时序逻辑电路等章节的内容可以采用项目教学法、任务驱动法；数—模和模—数转换、脉冲波形的产生和整形等章节的内容可采用研讨式教学法。

下面以555集成定时器的应用的教学为例，阐述研讨式教学法的具体实施。

研讨式教学是一种将老师研究性讲授和学生研究性学习、课内与课外、规定教材与广泛查阅、教师指导与学生自学、讨论有机结合的教学。这种教学方法重方法传授，重能力培养，重学生主体作用和学习主动性的发挥，通过指导学生研究和讨论问题，培养学生的创新能力，提高学生的综合素质[4]。555集成定时器的应用这部分内容为4学时，分2次课进行。

第一次课由教师讲授。首先，向学生介绍这一部分内容的学习目标为掌握555集成定时器工作原理及应用，学习方式为课堂讲授、小组讨论相结合的方式。然后，向学生讲授555集成定时器的构成，工作原理，让学生了解到555集成定时器的功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路，是脉冲波形产生与变换的重要元器件，广泛应用于脉冲信号的产生与变换、仪器与仪表、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域。接着，将教学班的学生分成五组，每个小组负责收集一个领域的应用资料，尤其是该领域中的应用新技术，同时指定部分参考资料和网站，以便学生在课后以教师讲授的内容为基础查阅资料文献，查阅的范围并不局限于指定内容，所查资料应记录下出处，并做好阅读笔记。

第二次课为小组讨论和评论，包括小组讨论、汇报、学生评论、教师点评等环节，具体的组织安排如下：

1）分组讨论。每个小组在课后查阅资料的基础上展开讨论，叙述自己在查阅相关资料时获得的新知识，并针对某一领域内的新技术提出自己的观点和见解。在讨论进行过程中教师要巡回于各组间听取每一组的讨论，并给予指导。

2）小组汇报。小组讨论结束后，每个小组派出一位代表，对本组成员的关注焦点、主要观点、参考文献等内容进行阐述，阐述结束后其他组员可以对遗漏或不同观点进行补充。并以具体实例：555触摸定时开关、蓝球暂停30秒定时器、光照度检测电路、电容法液位检测电路、直流电机调整控制器、风扇调整控制器、救护车扬声器发声电路等说明来555定时器在各个技术领域中有着广泛的应用。

3）学生评论。汇报结束后，其他组的学生对某一组的阐述进行评论，主要从结论的正确性、结构的完整性、内容的充实性、新颖性、创新性等方面评论。

4）最后由教师对小组讨论、阐述、以及评论的效果及结论进行总结。在这一环节中，教师首先要概括学生的讨论内容，然后对其讨论结果给予评判，指出正误，补充遗漏，指出小组讨论、评论、以及参考文献查阅等方面的优点和问题。

研计式教学通过指导学生研究和讨论问题，使学生在研讨中积累知识、培养能力、训练思维，培养了学生的创新能力，提高了学生的综合素质。

2.3创新教学手段

教学手段是师生在教学中互相传递信息的媒介，直接影响教学效果，传统的教学手段或是粉笔加黑板或是电脑加PPT，难以激发学生学习兴趣，学生的注意力无法完全集中到一节课的最后。在教学中应创新教学手段，将多种教学手段相结合。如：

1）多媒体教学。制作多媒体演示课件，将原来抽象、复杂的理论知识用生动的图像和动画表现出来，使学生可以更直观地理解教学内容。将QUATORS II及PRETEUS虚拟平台引入教学中，使理论与实验有机结合, 教学更灵活、更有效, 有利于提高学生的自学能力和创新能力，激发学生学习兴趣。

2）课程网站。将教学大纲、教案、习题、案例、参考资料等内容全部上网，并向学生免费开放，通过网络化的教学方式（网络课件、网上答疑、网上提交作业），学生可以在课外自主学习。

3）网上答疑。建立网上答疑平台，通过网上答疑，学生可以将问题以电子邮件的方式发给教师或教师和学生通过QQ群直接交流，通过这种方式，学生可以在任何时候提出问题，教师的回答可以为多个学生从信息共享中受益。

2.4 加强实验与实践教学环节

《数字电子技术》是一门集知识和技能于一体、实践性很强的课程，要求学生学好理论知识的同时还应具备相应的实际操作技能。而理论知识的巩固和实际操作技能的提高必须以实验实践为基础。所以实践教学环节显得尤其重要。为使实践教学环节达到最佳效果，本课题组变革了实验教学的方法和手段。

一是实验设备的改革。以往使用的为模块式的数字电路实验箱，学生只要根据老师给定的实验项目的要求，连一些导线，做一些测试就能完成任务。其优点是对老师和学生都简单方便。其缺点是：(1) 不能充分调动学生思考问题的主动性：为什么要这样连线？别的方法能不能实现这种功能？等等。(2) 学生实验活动只能局限在专用的实验室，无法随时随地进行。为了克服以上缺点，本课题组根据教学大纲、教学内容、教学方法设计讨论计出相关的实验项目，列出了元件清单，给每位上《数字电子技术》课的学生配备一套完元器件，学生可以随时随地在一块面包板任意地搭接各种数字电路，完成各种实验。

二是将任务驱动法引入了实验教学中。“任务驱动”法指的是在教学活动中，以任务为载体， 学生在教师的组织、引导下，通过自主的任务探究，达到对所学知识点的掌握和操作技能的培养的目的[5～6]。

任务驱动法的实验教学模式可分为四个阶段：提出任务；分析任务；完成任务；评价总结。

在数字电路实验教学过程中，可将“任务驱动”法用于设计性实验教学中，实验教学围绕实现一个特定的项目而展开：课前布置实验任务的要求，学生通过复习、查阅资料完成实验设计，在随后的实验中完成对此项目的电路实现工作。这样学生始终带着目的在学习和训练，有利于知识技能的消化和掌握。以下以实验项目数字电子钟的设计为例说明任务驱动法在的实施过程。

第一阶段，提出任务。设计一个数字电子钟的逻辑电路，要求以一昼夜24小时为一周期，能显示“时(0～23)”、“分(0～59)”、“秒(0～59)”，且能实现“时”、“分”、“秒”校准功能。

第二阶段，分析任务。引导学生分析数字电子钟的原理并画出方框图，数字电子钟的逻辑电路由秒基准信号发生模块、六十进制计数器、二十四进制计数器、显示译码模块、显示器、校时模块构成。

第三阶段，完成设计任务，设计任务可分多步完成。

1）学生完成秒基准信号发生器的设计。选择设计方案、画出电路图、连接电路、调试使电路输出标准秒信号。

学生思考并讨论的问题：若选择以CD4060芯片为核心的方案，如何实现？若选择555定时器为核心的方案，又如何实现？

2）1个二十四进制计数器、2个六十进制计数器的设计。(1) 选择设计方案，用串行进位法或并行时位法将两片74LS160芯片接成100进制计数器，再用同步置数法或异步清零法接成相应的计数器。(2) 根据设计方案画出电路图(包括译码电路和显示电路)。(3) 按电路图连接电路。(4) 调试电路使其正常显示并能独立正确循环计数。

学生思考并讨论的问题：各设计方案中，如何选择相关进位信号？

3）时、分、秒各计数器间的级联。根据第二步选择的方案，选择合适的级联进位信号和合适的进位端将三个计数器级联，画出电路图，连接电路，调电路使整个电路能正确记时。

4）校时电路的设计。数字电子钟的误差，需要用校时电路加以校正。校时电路有多种形式，最简单的一种可在电路中加三个按键S1、S2、S3分别为秒、分、时的校时开关。当按键没被按下时，各计数器正常计数。开关 S2、S3用于校准分和时，当此按键分别被按下时，分别将秒级信号直接引到分计数器和时计数器，达到快速校分和时的目的。S1可接计数器的清零端，用清零的方法来校秒。

学生思考讨论：各计数器实现方法及级联方法不同，校时电路一样吗？

第四阶段，评价任务。首先让学生自我总结在完成任务过程中选择了什么方案、该方案的优势在哪、遇到了什么难题、如何解决的、实验成败的关键之处在哪、你巩固或获得了哪些知识、还有哪些不足之处等。然后，教师点评。

将任务驱动法用于实验教学中，老师根据学生的学习和实验水平、实验目标，精心设计好任务，将知识点巧妙地隐含在一个个有趣味的实验任务之中，每一个实验任务中都包含着新、旧知识，学生接受实验任务后会思考如何去完成任务，在完成任务的过程中遇到难题时，为了完成任务，学生会想办法查各种资料或互相讨论，如果遇到无法解决的难题时，老师可适当启发和引导, 将相关的知识传授给他们。 因此，将任务驱动法用于实验教学中，可激发学生的好奇心和求知欲，启发学生的思维，提高学生用学知识解决实际问题的能力、培养学生的创新能力。

三是加强课外实践教学环节。设立创新实验室和开放实验室，给学生创造一个可以自由发挥创造潜能的天地， 有意识地培养学生创新能力。

结 论

本文探讨了《数字电子技术》教学方法和教学手段的创新并加以实践。推行研讨式教学、项目式教学、任务驱动等教学方法，阐述了研讨式教学和任务驱动法教学的具体实施。在教学过程实施多种教学手段：多媒体、课程网站、网上答疑等。在实践教学环节推行创新实验和开放实验，充分培养学生创新与创造能力。推行该教学方法后，学生的学习主动性增强，创新意识、科研能力和创新能力获得了提高。

[1]郭仿军. 数字电子技术实验课程的改革与探索[J]. 重庆文理学院学报(自然科学版)，2009, 28(2)：58-60.

[2]薛延侠, 郑燕. “数字电子技术”课程教学改革的探讨[J].西安邮电学院学报, 2006, 11(1)：116-118.

[3]高新发. 改革大学教学模式培养大批创新人才[J]. 高等教育研究, 2006, (6)：45-47.

[4]唐洪俊, 曹杰. 大学生本科研讨式教学的研究与实践[J].石油教学, 2011, (2)： 95-97.

[5]吴蔚. 任务驱动法在数字电路实验中的应用[J]. 中国科技创新导刊, 2008, (14)： 164-165.

[6]张文昭, 李艳芳, 刘爱林等. 任务驱动法和项目教学法整合在单片机课程中的实践[J]. 湖南科技学院学报, 2010,31(12)： 99-101.