数字电路实验教学改革的研究与实践

李明旭，凌东雄

(东莞理工学院　电子工程学院，广东　东莞　523808)



数字电路实验教学改革的研究与实践

李明旭，凌东雄

(东莞理工学院电子工程学院，广东东莞523808)

为了解决数电实验中存在的实验内容单一、方法简单、评价方式不科学等问题，提出了一系列的改进方法，如在实验项目的设置和实验内容的选择上进行了改进，经过对本校光信息专业的实践表明，学生的反映很好，满意度高，取得了良好的效果。

数字电路；改革与创新；学习兴趣；综合运用知识；成绩评定方式

随着科学技术的迅猛发展，新技术层出不穷，各学科之间联系越来越紧密，解决实际问题往往需要多学科的综合应用。人才竞争越来越激烈，从毕业到就业的过度适应期越来越短，培养学生运用知识解决实际问题的能力是急待解决的课题。数字电路是电子、通信、自动化、光信息、计算机等理工科专业必修的一门专业基础课，是后续的单片机原理及接口技术[1]、嵌入式系统、数字信号处理等课程的基础，且与EDA技术联系紧密[2]，具有很强的实践性。因此，该课的实验教学是课程教学的重要环节，提高实验教学质量对培养学生的实践动手和综合运用知识的能力具有非常重要的意义。

1　当前数字电路实验教学中存在的问题

1)实验内容给定。

教师指定好实验内容，学生在规定的范围内完成实验，学生没有选择实验内容的权利，抑制了学生学习的主动性[3]。

2)实验项目与实际生活联系不紧密。

实验项目的设置与生活实际联系不紧密[4]，学生感觉枯燥、乏味，不能提高学习兴趣。

3)综合性实验和课程设计的选题不合理。

综合性实验和课程设计的选题只局限于数字电路的范畴，不能与前修和后续的课程进行衔接，难以培养学生综合运用知识的能力。

4)实验内容设置上硬件多，软件少。

课题内容偏重于硬件，缺少软件，缺乏软硬件结合的训练。

5)评价方式不科学，效率低下。

答辩与批阅课程设计报告分开进行，费时、费力、效率低、效果不好。因此，如何改进以往的实验教学模式，提高学生的学习兴趣和综合运用知识的创新能力，是一个值得去研究和实践的课题。

2　实验教学改革的尝试

针对以上存在的问题，我们对光信息专业的数电实验教学进行了以下改革，取得了很好的效果。

2.1实验题目紧密联系生活实际，提高学生学习兴趣

兴趣是学习最好的老师[5]，要使学生能自觉、主动地学习，兴趣是第一位的。实践表明，题目内容越接近生活与实际，学生的兴趣越高[6]。为了提高学生的学习兴趣，我们把实验的内容和方式做了调整。在实验内容上，多安排联系实际生活的题目，如以下的组合逻辑设计题目：“开设4门课程，各科合格学分为1分，2分，3分，4分，不合格为0分，要求4门总学分要达到7分方可结业，设计判别电路”，这种题目与学生平时的学习生活紧密联系在一起，使学生体会到运用数电知识解决身边的实际问题，感受到所学的知识在实际生活中的应用[4]，提高学习的兴趣。

2.2采取“必做+选做”的实验方式

在实验方式上，采取“必做+选做”方式完成实验[7]，即除必做的验证性题目外，其余的设计性题目由学生从现有的实验内容中进行选择，这样，提高了学生学习的主动性，增强了教学的灵活性，教学效果得到了提高，但前提是学生要完成教学大纲要求的实验学时。

2.3实行“验证+应用”的实验教学模式

“验证+应用”实验教学方式[8]，即验证性与应用设计性实验交叉进行，如做完计数器实验后，马上安排做由计数器、D/A转换器及运放组成的锯齿波发生器实验，完成最后一个实验555电路后，接着的课程设计做由555参与设计的函数信号发生器等。这样，既加深了学生对实验内容的理解，又使他们掌握了运用所学知识解决实际问题的能力。

2.4合理安排综合性实验和课程设计的选题

综合性实验和课程设计的选题，关键是要拓宽课题的覆盖面，使其尽量能与前修课模电及后续课程如单片机接口技术等相联系，培养学生综合运用知识的能力[9]。另外，对同一题目，尽量开发多种实现方法，使学生能有多种选择，增加题目的挑战性，避免实验方法的雷同[10]。如“基于D/A数模转换器实现的函数信号发生器”实验题目，我们采用NE555、计数器、E2PROM、D/A转换器和运放等芯片实现，设计框图如图1所示。这个题目既涵盖了数字电路的有关内容，又与单片机接口技术中常用到的D/A转换器和模电中所学过的运放联系在一起，通过实验，学会了3门课程知识的综合运用，既巩固了模电所学知识，加深了对数电课程的理解，又为后续单片机接口技术的学习打下了基础。另外，其中的加减法转换电路，我们开发出了3种实现方法，增加了题目的难度，拓宽了学生的思路，起到了举一反三的效果。在实际操作中，为了遵循由易到难、循序渐进、分步实施设计的原则[4，11]，我们在课程设计之前的两周，安排一次与课程设计内容有关的综合性实验，即基于D/A数模转换器实现的锯齿波发生器实验，实验中采用的计数器、D/A转换和运放的电路与课程设计的要求完全一致。完成了综合性实验，再在课程设计中加入加减转换电路和E2PROM，进一步实现了三角波和正弦波的产生电路，这样，既延长了设计的时间，也使学生进一步加深了对知识的理解，从而提高了教学效果。

图1　基于D/A数模转换器实现的函数信号发生器

2.5实行“硬件+软件”的实验教学方式

在实际生活中，很多问题都是软硬件相结合解决的，而目前的数电实验多以硬件为主，因此有必要在实验中进行软硬件相结合的训练[12]。除Multisim、Protel、Quartus等常用EDA软件外，还有其他辅助软件可用，如在“基于D/A数模转换器实现的函数信号发生器”这个题目中，我们要求学生用Matlab生成正弦波和三角波数据表，从而读取存储器中的数据得出波形。经过实践证明，这种做法既充实了实验内容，提高了学习兴趣，又拓展了学生的思维空间，使他们又掌握了一项解决问题的方法。

2.6批阅报告与答辩同步进行

在评价的环节上，采取答辩与批阅课程设计报告同时进行，即要求学生在答辩之前完成课程设计报告。答辩时，教师可针对报告中存在的问题进行提问，这样，既可考查学生对知识点的理解程度，也会暴露出报告中存在的抄袭，同时，还能督促学生对报告的不足之处进行修改。一举三得，既提高了效率，也使考查结果更科学、可信。

3　结束语

数字电路是实践性很强的专业基础课，通过对以往数电实验中存在的实验内容单一、方法简单、评价方式不科学等问题的分析，提出了一种既能有效激发学生的学习兴趣，又能提高他们综合运用知识的能力，从而提高教学效果的实验教学方法。实践证明，学生的反映很好，满意度高，取得了良好的效果。

[1]杨航等，孔慧君.数字电子技术课程教学改革的研究与探索[J].河南机电高等专科学校学报，2010，18(5)：104-106.

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[3] 丁西明，刘纯利.数字电路实验课程体系的改革与实践[J].洛阳师范学院学报，2011，30(11)：26-27.

[4] 佘新平，余士求，余厚全.《数字电子技术》课程实验教学改革探索[J].实验科学与技术，2012，10(5)：67-69.

[5] 薛严冰，车仁信，梁海峰，等.数字电子技术课程设计的改革与实践[J].实验室科学，2005(2)：35-37.

[6] 鲍宁宁.关于优化数字电路实验教学体系对培养学生创新能力的探讨[J].实验室科学，2011，14(2)：193-195.

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[12] 车永莉，曹小龙.数字电路基础实验教学研究[J].高校实验室工作研究，2012(1)：13-14.

Research and Practice of Digital Circuit Experiment Teaching Reform

LI Mingxu，LING Dongxiong

(SchoolofElectronicEngineering，DongguanUniversityofTechnology，Dongguan523808，China)

Digitalcircuitexperimentexistsaseriesofissues，suchasexperimentcontentistoosingle，methodistoosimple，andtheevaluationisunscientific，etc.Inordertosolvetheproposedproblems，weputforwardaseriesofimprovementmethods.Thesemethodsinclude：improvethesettingofexperimentprojectandchooseproperexperimentcontents.Thepracticeappliedinopticsinformationspecialtyshowsthatstudentsprovideapositivereflectionandreceivegoodsatisfactory.Finally，weobtainedagoodeffect.

digitalcircuit；reformandinnovation；interestinlearning；integrateduseofknowledge；performanceevaluationmethod

2015-05-04；修改日期: 2016-06-21

李明旭(1968-),男,硕士,实验师, 主要从事数字电路实验教学方面的研究工作。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.051