“数字电子技术”课程信息融合的教学方法

郭天圣，姜惠敏，柴兆森

(石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子 832000)

0 引言

“数字电子技术”课程以组合与时序逻辑电路的分析与设计为基础，将数字电路的设计、实现方法与可编程逻辑器件相结合，融入现代数字系统设计理念，以培养“电子产品生产与设计”岗位群为课程目标，是电类等相关专业的基础课程，也是培养电子产品设计、分析、调试和制作能力的专业技能课程。这对本专业及相关专业学生的后续核心专业课程的学习和技能培养具有重要意义［1］。

在“数字电子技术”课程的教学过程中，有人提出了目标驱动法和项目教学法等［2，3］。但这些方法存在一个问题:它们都是基于数字电子教学内容本身去讨论和研究;况且，在“数字电子技术”课程教学内容中，没有充分挖掘本课程教学内容各知识点之间的联系，只是就教学内容中独立的知识点进行剖析，没有对内容进行信息融合。本文将以上的问题称为信息融合缺失。

为了解决信息融合缺失所带来的问题，本文针对性地提出了信息融合教学方法的概念。所谓的信息融合教学方法是教师在备课的过程中，充分认识本课程内部各知识点之间的联系，本课程和其他课程之间的联系。在授课的过程中，教师应充分引导学生建立本课程内部各知识点之间的联系，本课程和其他课程之间的联系，从而让它们构建起网状知识架构。

1 课程信息融合缺失

1)课程内部知识点的信息融合缺失

大部分“数字电子技术”教材在编排上已考虑了课程各个知识点的联系，但在文字上却没有充分说明。如果任课教师没有深入挖掘知识点之间的联系，只按照教材上的内容向学生做罗列式的讲解，大部分学生在学习的过程中很难有意识地去建立知识点之间的联系，而只是识记知识点，学习效率不会高，本文将其称为课程内部信息融合缺失。

2)课程关联信息融合缺失

“数字电子技术”课程所研究的很多内容是后续的“单片机技术”和“EDA技术”等计算机课程的基本操作对象［4］。由于“数字电子技术”课程的任课教师通常很难有意识地向学生说明学习内容对以后课程的意义，而只是孤立地讲解本课程相关的内容，学生也很难意识到“数字电子技术”课程知识点和其他课程的联系，因此也不会有意识地去强化对以后学习较为重要的内容，导致学生在学习后续课程时感到基础不足。笔者曾经为“单片机”课程作过课堂调查，发现大部分学生对学过的“数字电子技术”课程的概念模糊。比如“有效电平”这个概念，学生已在“数字电子技术”时学过，但没有意识到这个概念对以后要学的功能芯片管脚功能和信号形式识别所起的作用。本文将其称为课程关联信息融合缺失。

3)课程实验信息融合缺失

实验可以分为实体实验和仿真实验。实体实验具有真实性和直观性，它是实验最重要的形式。仿真实验具有以下特点:

(1)经济性和方便性—仿真实验需要计算机和仿真软件作为基础。计算机和仿真软件的获取比较容易方便，而且实验过程不受时间和地点的限制。

(2)透明性—仿真实验可以通过特定的途径实现实验过程的透明化，从而可以更为深刻地展示实验的过程，验证实验相关的假设和理论。比如采用Protues仿真平台，可以通过图形仿真，实现交互式仿真。在仿真过程中，学生可用虚拟仪器观察电路内部节点或者节点之间的电压、电流、电位和波形等电量参数。

仿真实验随着仿真技术的发展，现在已经比较成熟可靠，可以取得良好的效果。但教师很少强调和实体实验之间的联系。大部分人认为仿真实验是实体实验的补充，只是把仿真实验作为丰富教学方法的手段在课堂演示说明。在实验室一般都是采用实体实验来验证理论，从而忽视仿真实验和实体实验的联系。把仿真实验和实体实验分离的现象称为课程实验信息融合缺失。

2 基于信息融合教学方法的必要性

在“数字电子技术”课程的教学过程中，由于上述的课程信息融合缺失，学生难以高效建立“数字电子技术”课程内部各知识点的联系以及该课程和其他课程之间的联系。我们可以用基于信息融合教学方法来解决以上问题。信息融合教学方法有如下特点。

1)帮助教师确定教学的重点和难点

教师在教学的过程中，对于每门课，都应注意到这门课对后续课程的影响，从而根据后续课程的需要，确定本课程教学的重点和难点。如果教师通过信息融合，就会意识到所讲授的课程哪些内容对后续课程有重要关联。他在选择讲授的重点和难点时，可以避免选择结果的盲目性和随意性。

2)帮助学生认识到课程知识点之间的联系

“数字电子技术”课程的各个知识点之间具有紧密的联系，如果能让学生充分认识到这种联系，他们就会较为容易地从全局把握该课程的内容，做到事半功倍的效果。

如果能让学生认识到“数字电子技术”课程知识点和计算机硬件课程知识点之间的联系，让他们不仅深入理解了“数字电子技术”课程相关的知识点，也会对计算机体系有一个提前的认识，为他们以后学习计算机类课程做了铺垫。

3)仿真实验和实体实验的有机结合

学生通过组合实验(仿真实验和实体实验在实验室同步进行的实验)，既可以直观地观察到具有真实性和直观性的实体实验。又通过仿真实验，可以透明化实体实验内各节点的状态。学生通过组合实验解决了在实体实验中，由于实验芯片的不可观测性，无法获取内部节点的信息，也无法更为深入理解电路原理的问题。

3 信息融合教学法的注意点

1)认真理解课程内部各知识点之间以及和其他课程的联系。

比如“数字电子技术”课程和“单片机”课程联系最为密切，在知识点上的对比联系如表1所示［5，6］。

表1 “数字电子技术”和“单片机”课程关联知识点对比

在教学过程中，“数字电子技术”课程的任课教师很容易忽视时序图对“单片机”课程的意义，而“单片机”课程的任课教师也不特别重视时序概念的讲解。因此，大部分学生在学完“单片机”课程后，也不会用时序图辅助程序编写。因为基于功能芯片的时序图进行编程，可以直观和准确地理解时序，避免由于文字描述理解的错误，出现编程上的时序错误，从这个角度看，时序对硬件驱动的编程极为重要。

2)课外辅助材料准备

“数字电子技术”课程的教学要以教材为蓝本，但绝不能局限教材本身，因为教材本身的信息不足以满足信息融合的需要。任课教师应该根据学生的需要，准备教学的辅助材料。比如，为了让学生从CPU的缓存去类比触发器的作用，任课教师应该指导学生阅读与缓存相关的一些材料。仿真软件不可能在课堂上充分讲解，教师也应该准备学生自学仿真软件的材料。

3)仿真实验的局限性

因为仿真软件只是考虑了其所仿真的实体元件的部分特性，在有些情况下部分参数无法收敛。一些在实体实验中能正确的实验可能在仿真实验无法通过。比如同步电平SR触发器在Protues平台上是不可仿真的，但在实体实验中证明是正确的。仿真实验虽然可以通过特定手段观察实验电路内部的信息，但其缺乏真实性。可见仿真实验和实体实验之间具有良好的互补性。仿真实验不能作为实验的唯一手段，在有条件的的时候要进行组合实验。

［1］刘银萍，陈惠珊.“数字电子技术”实验教学改革的探讨［J］.上海:实验室研究与探索，2006，25(8):980-7983.

［2］张学成.数字电子技术实验改革与创新［J］.湘潭:当代教育理论与实践，2011，30(8):285-288.

［3］张红波，吴海，王丽球.目标驱动的体验式课程教学模式研究与实践［J］.上海:实验室研究与探索，2011，3(8):60-61.

［4］刘亚峰.数字电子技术实验课程的改革与研究［J］.哈尔滨:煤炭技术，2003，22(10):111-112.

［5］闫石，数字电子技术(第5版)［M］.北京:高等教育出版社出版社，2006.5

［6］杭和平，单片机原理与应用(第一版)［M］.北京:机械工业出版社，2008.4