数字逻辑电路教学（精选12篇）
数字逻辑电路教学 篇1
《数字逻辑电路》课程是通信工程、电子信息类专业、计算机科学与技术、电气工程及其自动化等专业的主干技术基础课, 是一门理论与实践密切结合的课程。其任务是能熟练运用有关知识和理论分析组合、时序逻辑电路, 能根据具体设计要求, 综合运用多种方法完成组合、时序电路的设计和验证。通过学习《数字逻辑电路》课程, 使学生掌握数字电子技术的基本方法、基本理论、综合应用方法, 培养学生分析问题和解决问题的能力, 为《微机原理与接口技术》《电子测量原理》《单片机原理及应用》等课程的学习打基础。
传统的《数字逻辑电路》教学模式采用黑板板书和PPT的形式, 以教师讲授传统的教学内容为主, 学生听讲为辅的灌输式教学, 学生处于被动学习的状态, 缺乏学习兴趣, 课堂学习效率和教学效果很不理想。针对数字电路传统教学方法中的问题, 我院在教学模式、教学方法和教学手段上都进行了改革。
1 教学改革的内容
1.1 互动式教学模式
互动式教学是主讲教师启发式的讲授、课堂上师生互动式的教学方法。采用这种方法的关键在于主讲教师要做好充分准备。教师在授课的同时, 要注重用实际生活中的例子启发学生, 比如在讲单稳态电路时, 指出该电路具有定时和延迟特性, 使它在测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中发挥很好的作用。例如, 在楼道照明设施的控制器中, 采用一种声控和光控开关, 当控制器收到声音后, 把它放大并整形, 作为单稳态触发器的输入触发信号。单稳态在声音的触发下进入暂稳态, 输出高电平使灯亮起来。经过一定的时间后, 单稳态触发器恢复为稳态, 输出低电平使灯自动灭掉。同时, 根据实际应用提出问题, 引起学生的学习兴趣, 让他们积极思维, 进而采取讲课、课堂讨论和自学相结合的教学方式。
1.2 引入EDA
将EDA引入《数字逻辑电路》教学中, 对于一些抽象、复杂的变化过程, 可以通过EDA的仿真, 随时以图形、表格或曲线显示出来。在学习的过程中, 学生可以通过修改相应电路和具体参数, 仔细观察输出结果, 加深对数字电路本质和特点的理解, 全面掌握《数字逻辑电路》的重点内容。这样, 不仅拓宽了教学面, 提高了学生的学习兴趣和创新能力, 还收到事半功倍的教学效果。
在教学过程中, 首先要保持数字电路内容的完整性和理论的系统性, 包括组合逻辑电路、时序逻辑电路、程序逻辑电路和可编程逻辑器件等基本内容。在电路设计中, 减少以卡诺图为逻辑化简手段和相应传统设计方面的内容, 增加Verilog HDL设计内容。采用多媒体教学方式, 结合理论教学的进程, 及时利用EDA在计算机上进行设计、仿真验证, 以增强学生对学习内容的感性认识, 激发他们的学习兴趣。
下面以组合逻辑电路四位全加器的设计为例, 介绍EDA在数字逻辑电路课程教学中的应用。
1.2.1 传统的设计方法
组合逻辑电路的传统设计步骤是: (1) 分析逻辑问题, 根据问题列出真值表。 (2) 根据真值表画卡诺图, 利用卡诺图化简法得出最简表达式。如果采用公式化简法, 需由真值表写逻辑函数表达式, 根据公式化简。 (3) 根据设计要求转换简化后的表达式。 (4) 画逻辑图。
1.2.2 引入EDA的现代设计方法
引入EDA的数字逻辑电路现代设计过程如下:
分析设计要求:确定a, b是2个4位二进制加数输入端, cin是进位输入端, sum是和数输出端, cout是进位输出端。
用Verilog HDL语言描述输入与输出信号之间的逻辑电路关系, 即:
用Quartus II开发环境编辑、编译、综合和仿真用Verilog HDL语言描述的组合逻辑电路, 得到的仿真波形如图1所示。
从图1中可以看出, sum=a+b+cin, cout是进位输出, 满足设计要求。
将Quartus II软件综合后的adder.sof文件下载到FPGA实验箱进行硬件的验证。
分析这2种设计方法可知:采用基于EDA的现代数字电路设计方法, 不要求学生必须列出真值表, 推导出逻辑函数式, 也不需要人工化简得到最简表达式, 因为这些都可以使用Quartus II软件由计算机完成, 并且可通过仿真波形检验设计的电路是否满足题目的要求。这样可以使一些看不见、摸不着的抽象理论知识通过仿真和硬件验证比较直观地呈现在学生面前, 从而激发学生的学习兴趣。因此, 在《数字逻辑电路》的教学过程中, 学院要求教师首先简要讲授传统设计方法, 让学生了解数字逻辑电路传统的设计方法和步骤, 然后引入基于EDA的现代设计方法, 让学生感受到使用现代设计方法的优势。
1.3 网络教学
在传统的教学模式中, 大多数学生只是在课堂上有机会与教师交流, 在课下学习的过程中发现问题也不能及时解决。这在一定程度上影响了他们的学习进度, 最终影响学习效果。因此, 要充分利用高速发展的网络技术, 将课程的所有资料都放到精品课程网站中, 以便学生能够课前课后随时查找授课的知识点, 节省了大量的时间。建立的网络教学课程主页http://202.193.64.134/jpkc/中主要包括:《数字逻辑电路》理论课件、实验课件、教学录像、在线自测、在线答疑、教学改革、教学信息发布和试题库等信息。利用网络课程可以进一步提高学生的学习效果, 不断提高他们的自学能力。
2 结束语
通过对教学模式、教学方法和教学手段创新的探索与积极实践, 加深了学生对理论知识的理解和掌握, 激发了学生课外的学习兴趣, 提高了他们的学习积极性和在工程实践设计方面的能力, 培养了他们分析问题和解决问题的创新思维, 实现了对《数字逻辑电路》课程的精讲、多练、勤思的目的, 教学质量也达到了新的高度。近年来, 我院学生在全国各类大学生电子设计竞赛中连获佳绩, 这与将EDA技术应用于《数字逻辑电路》课程的教学中是分不开的。随着科学技术的发展, 还将在教学实践中努力探索新的教学方法, 持续提高教学质量, 以达到更佳的教学效果, 为培养出创新意识强、应用能力强、设计能力强的大学生而努力。
摘要：《数字逻辑电路》是一门工程实践性很强的课程。针对课程教学的内容和特点, 着重研究了教学模式、教学方法和教学手段等方面的改革。这些改革探索不仅有利于提升课堂教学效果, 还有利于提高学生的学习主动性和综合应用能力。
关键词：《数字逻辑电路》,教学改革,EDA,课堂教学效果
参考文献
[1]易艺, 郝建卫.FPGA在数字逻辑电路教学中的应用[J].实验科学与技术, 2016, 16 (2) .
[2]甄倩倩, 王丁磊.《数字电子技术》课程教学研究[J].软件导刊, 2016, 15 (1) .
[3]江国强.新编数字逻辑电路[M].第2版.北京:北京邮电大学出版社, 2013.
[4]张娜.基于项目化《传感器与检测技术》教学的探讨[J].电脑知识与技术, 2016, 12 (4) .
[5]马艳娥, 郭晋蜀.数字电子技术课程教学方法的创新探索与实践[J].中国现代教育装备, 2016 (5) .
数字逻辑电路教学 篇2
先修课程：高等数学、普通物理、电路与电子学
（一）课程地位、性质和任务
《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的主干课程，是一门专业技术基础课。它不仅为《计算机组成原理与汇编程序设计》、《微机接口技术》、《计算机系统结构》、《数据通信与计算机网络》等后续课程提供必要的基础知识，而且是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。
（二）课程教学基本要求
本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步解决数字逻辑问题的能力，为学习计算机硬件打下扎实的基础。
（三）课程主要内容及学时分配
第一章 逻辑代数基础
逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，本章主要介绍逻辑代数的公式、定理及逻辑函数的化简方法，要求掌握常用进制及其转换，基本和常用逻辑运算，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简化，逻辑函数的五种表示方法及相互之间的转换。教学重点：
逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简法。教学难点：
公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。方法提示：
通过多举例子，多做练习以提高对公式应用的熟练性。
第二章 逻辑门电路
集成逻辑门是构成数字电路的基本单元，本章主要介绍MOS和TTL集成逻辑门的逻辑功能的电气特性。要求掌握高、低电平与正、负逻辑的概念，二极管、三极管、MOS管的开关特性，熟悉二极管与门和或门，三极管非门的电路结构及工作原理，掌握其电气特性和功能。掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OC门、CMOS传输门的逻辑符号、逻辑功能，熟悉各种门电路的特点和使用方法。教学重点：
CMOS和TTL集成门电路重点是外部特性，即逻辑功能和电气特性。教学难点：
CMOS和TTL集成门电路的电气特性
方法提示：
理论与实践相结合，加深对TTL集成门电路的电气特性的理解掌握。
第三章 组合逻辑电路
本章主要介绍组合逻辑电路的分析和设计方法以及常用典型组合电路的功能、应用。要求掌握组合电路的特点、基本分析和设计方法。掌握编码器、译码器、数值比较器、数据分配器、数据选择器、加法器等常用组合电路的功能、应用及实现方法。熟悉典型中规模集成组合逻辑器件的功能及用中规模集成器件实现组合逻辑函数的方法，了解组合电路中的竞争冒险。
教学重点：
组合逻辑电路的分析和设计方法，常用中规模集成器件的功能和应用。教学难点：
组合逻辑电路的设计
方法提示：理论联系实际，加深理解记忆。
第四章 触发器
本章主要介绍各类触发器的逻辑功能及触发公式，它是构成时序电路的基本单元，要求熟悉RS、JK、D、T触发器的电路结构、工作原理，掌握RS、JK、D、T触发器的逻辑符号、逻辑功能表示方法、触发方式及触发器间的相互转换。教学重点：
各类触发器的逻辑功能及触发方式。教学难点：
触发器的触发方式。方法提示：
多举例、多看、多练习，在第五章时序逻辑电路的教学中再强调。
第五章
时序逻辑电路
本章主要介绍时序电路的分析和设计方法，以及计数器等常用典型时序电路的功能及应用。要求：掌握时序电路的特点、分类、功能描述方法，时序电路的基本分析和设计方法。熟悉计算器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器的功能、应用。掌握同步、异步计数器的工作原理，常用中规模集成计数器的功能、应用以及用中规模集成计数器构成N进制计数器的方法。
教学重点：
时序电路的分析和设计方法，计数器、寄存器的功能、分类，常用中规模集成计数器功能、应用。
教学难点：
时序逻辑电路的设计方法。
第六章
半导体存储器
本章介绍只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）以及存储器的扩展。教学重点：
存储器的扩展 教学难点：
存储器内部结构、原理
第七章 数模、模数转换电路
本章主要介绍D/A转换器和A/D转换器的基本原理，几种典型D/A，A/D转换器电路。要求熟悉D/A，A/D转换器的基本原理及倒T型电阻网络D/A转换器，逐次逼近型、双积分型A/D转换器的基本工作原理。教学重点：
典型D/A,，A/D转换器的基本工作原理。教学难点：
典型D/A，A/D转换器的基本工作原理。
第八章 可编辑逻辑器件
本章介绍可编程逻辑器件（PLD）的基本结构及分类，PLA，PAL，GAL的基本原理特点及应用。
教学重点：
PLD的基本结构，PLA的基本原理、特点及应用。教学难点： PLA、GAL的基本原理、特点及应用。
第九章 可编程逻辑器件的开发及应用
自学提高
第十章 数字电路CAD技术
自学提高
（四）使用教材及参考书目：
1、使用教材
《数字电路与逻辑设计》
子节涛等编著
国防科技大学出版社
2、参考书目
《数字电子技术基础》
阎石主编
高等教育出版社 《数字电子技术基本教程》
宋樟林等主编著
《电子技术基础》（数字部分）
康华光主编
高等教育出版社
《操作系统》课程教学大纲
（一）本课程地位、性质和任务
《操作系统》是计算机专业的必修主要课程之一，是研究如何有效地管理、使用计算机的一门学科，为《编译系统》、《计算机网络》、《分布式操作系统》等课程提供必要的基础知识。操作系统是计算机系统必须配置的一种系统软件，几乎所有的计算机系统都离不开操作系统，它在计算机系统中具有举足轻重的地位，它向下隐藏了计算机系统的具体细节，向上为计算机系统中其他软件提供一致的服务和使用界面，为用户提供一个良好的操作环境。通过学习和研究操作系统，可以打破操作系统的神秘性，了解操作系统的内部结构。掌握操作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用。为锻炼学生开发系统的综合能力打下扎实的基础。
（二）课程教学的基本要求
该课程采用讲授和上机实验相结合的教学方法，要求学生通过该课程的学习： 正确理解操作系统的概念，分类和形成与发展；特别是操作系统的基本特征和操作系统的功能结构；
正确理解系统的基本工作单位和进程的五大特征，熟悉掌握操作系统中进程管理的功能；
掌握操作系统存储管理有关的基本概念，深入理解几种常用存储管理的基本原理及实现方法；
理解操作系统设备管理的任务，掌握中断技术、通道技术和缓冲技术实现中央处理器与外部设备的并行工作，理解设备的调度和分配；
理解文件系统的功能和文件的安全性，掌握文件系统中文件的组织和存储； 正确理解作业的调度和控制、操作系统的接口；
所学的操作系统原理对现行主流操作系统进行实例分析；
（三）课程主要内容及学时分配
1、操作系统概论
知识点：操作系统的定义、视点及认识；操作系统的基本类型及其特点；操作系统的形成与发展；
重点：掌握操作系统的基本特征和操作系统的地位、作用和效果； 教学难点：虚拟机概念的讲解。
2、处理器管理 知识点：中断、多道程序设计、并发程序设计、进程的概念；进程管理功能；进程的控制及调度；处理器基本工作单位的控制粒度；进程并发的含义；进程的同步机制；进程通信；死锁。
重点难点：处理器管理
3、存储器管理
知识点：存储器管理的基本概念；连续存储空间存储管理的原理实现；非连续存储空间存储管理的原理及实现；虚拟存储空间的概念及实现。重点难点：存储管理
4、文件系统管理
知识点：文件及文件系统的概念；文件目录；文件的共享、保护及保密。重点：文件的组织与存储 难点：文件操作的执行过程。
5、设备管理
知识点：I/O操作与设备和概念；缓冲技术及PnP技术；中断处理及驱动程序。
重点：设备的分配和调度
难点：I/O控制方式及具有通道的I/O系统管理；虚拟设备、设备一致性、设备无关性的概念。
6、作业管理
知识点：操作系统的结构模型；作业管理的概念；作业管理的功能；作业的状态，调度控制等问题；
重点：作业管理的功能；
难点：作业调度与控制。
7、用户接口与操作环境
知识点：操作系统的用户接口的分类；命令接口，程序接口，环境接口的功能与实现； 重点难点：三种接口的功能。
8、操作系统的安全
知识点：操作系统安全性概念；安全机制；安全系统的设计； 重点：系统安全概念与机制； 难点：安全系统的设计。
（四）使用教材与参考书目
1、建议选用教材：刘乃琦，吴跃编著《计算机操作系统》 电子工业出版社。
2、主要参考书：
数字逻辑电路教学 篇3
关键词：数字电路，Matlab/Simulink仿真，同步RS触发器
中图分类号：TN702 文献标识码：B
1. 引言
数字电路与逻辑设计课程[1]是工科电子信息类与电气工程类专业的专业基础课，对学习后续相关专业课起着不可替代的作用。该门课程的教学一般包含理论教学、实验教学和课程设计等教学环节。通常情况下，完成一定内容的理论教学后，再安排相关实验课程，在实验板上搭建具体的硬件电路或专用的数字电路实验仪器进行测试、修改和完善。但是，这些方法往往面临连线多、易于出现错误或需要反复调试，难以排查错误等问题，这种教学方式会导致学生对所学内容的感性认知较差，从而较低对课堂理论教学的积极性。因此，引入虚拟仿真软件势在必行。
Matlab[2]集算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink[3]两大部分，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等诸多领域。
针对目前课堂教学的问题，采用Matlab/ Simulink仿真工具进行数字电路的调试、仿真与验证，可以有效避免传统方法的容易出现的各种缺点，同时还能在省时、省力的条件下使课堂的讲解更加生动，更易被学生理解。因此，本文通过同步RS触发器为例介绍Matlab软件实现数字电路仿真的方法。
2. 电路设计与仿真
数字电路按照功能划分，可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。二者之间最重要的区别是时序电路中通常还需要对数据进行存储，这一功能通常是由触发器来实现的。触发器是时序逻辑电路的基本逻辑部件，它有两个稳定的逻辑状态，即状态0和状态1。根据输入端信号的不同，触发器可具有置0、置1、状态保持等功能。当输入信号消失后，触发器的状态能够保持不变。因此，触发器具有实现1位二值信号的记忆的功能。
触发器可以按照逻辑功能的不同，分为同步RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。其中同步RS触发器是学习其它触发器的基础，因此，下面将介绍如何用Matlab/Simulink仿真工具实现同步RS触发器的相关功能。
2.1 基本原理
由与非门组成的同步RS触发器的电路图如图1所示，其真值表如表1所示。
其中， 是约束条件，表示 和 不能同时为0。
2.2 仿真实现
由于同步RS触发器的功能和组合逻辑电路的学习相比差异较大，不易于学生的理解，因此，在课堂学习的过程中通过Simulink软件模拟同步RS触发器，从而强化学生对同步RS触发器功能的理解。同步RS触发器的仿真步骤如下：
首先，添加模块。在Matlab软件中运行Simulink模块，再打开模块浏览器，再采用Simulink模块库中的标准模块来构建同步RS触发器模型。鉴于激活模块需要放到Subsystem中的设计区域中，因此先将Connections模块库中的Subsystem功能模块复制到设计区域内，再进入Subsystem的设计区域进行设计。
具体而言，通过4个与非逻辑（NAND模块）组成。同时，还需要在反馈的位置加上两个加法器产生初始值。从而避免产生代数环的错误。另外，还在同步RS触发器的前端添加一个功能激活（enable）模块，使其成为具有时能端的同步RS触发器。
选用Simulink中的logical operator模块和pulse generator模块，并设置各个模块的参数，再将不同的模块通过信号线连接起来，建立同步RS触发器的Simulink仿真模型，其内部结构如图2所示。
输入端R和S接Constant模块，enable接pulse generator，输出数据被导入到Matlab的workspace空间，然后方便调用Matlab的函数显示相应的结果，时序仿真结果如图3所示。
在图3中，其中‘R input和‘S input分别表示R和S端的信号输入。‘enable表示时钟脉冲，‘Q output和‘Q-inverse output分别表示输出信号 和 。
3. 结束语
综上所述，随着电子技术的高速发展，数字电路的形式日趋复杂化，仅依靠传统的课堂教学模式已经逐渐不能满足新技术人才的发展要求。故应利用多种新技术和传统的课堂教学方式相结合，本文采用Matlab/Simulink软件进行仿真：一方面可以弥补课堂教学的不足，加深学生对课堂所讲的概念与工作原理等理论知识的理解；另一方面，也可以克服通过电路元件搭建实验电路带来的不便，如实验室元器件品种、规模、数量的不足，仪器的陈旧老化，实验板电路的单调等问题，电路出现故障后难以调试等问题，不利于学生的创新设计。因此，利用Matlab/Simulink软件进行仿真在日常数字电路与逻辑设计课堂教学中发挥着越来越重要的作用。
参考文献
[1] 王毓银，沈明山. 数字电路逻辑设计[M]. 高等教育出版社， 2006.
[2] 张德丰，丁伟雄，雷晓平. MATLAB 程序设计与综合应用[M]. 清华大学出版社， 2012.
[3] 钟麟，王峰. MATLAB 仿真技术与应用教程[M]. 国防工业出版社， 2004.
数字逻辑电路课程教学改革初探 篇4
《数字逻辑电路》课程是自动化、通信与电子信息、计算机科学等相关专业本科生必修的一门重要专业基础课程, 是进一步学习《单片机原理及应用》、《微机原理与接口》等课程的基础。本课程主要学习数字逻辑基础、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等主要知识, 通过本课程的学习, 使学生牢固掌握常用数字逻辑电路和数字系统的分析和设计方法。
数字逻辑电路源于数理逻辑, 用于工程实际。因此, 本课程的教学目的应该是提高学生的数学逻辑思维和分析能力, 并具有相应的工程实践能力。这决定了课程的教学内容和教学方法。
二、改进措施
(一) 优化整合教学内容
数字逻辑电路课程包含内容很多, 而学时有限。因此在不影响课程内容的连续性和系统性的前提下, 必须优化设计教学内容。例如:数字逻辑基础部分作为后续章节的基础, 课堂上要作详细的讲解;集成逻辑门的内部电气特性这一章与模拟电子线路课程有重复之处, 因此可以适当加快, 以减少耗时;组合逻辑电路与时序逻辑电路是课程的核心内容, 这些部分都分配了较多的教学学时, 以保证课堂教学内容的完整、全面、细化。我们还在教学中融入一些实际的电路示例, 这样不仅可以提高学生的学习兴趣, 还可以加深学生的理解程度。存储器及可编程器件这一章, 由于有后续课程, 因此安排学时较少, 只是引述, 使学生做定性了解, 为后续课程的学习奠定基础。
通过这样的内容的优化整合, 我们在教学过程中, 既不失课程原有内容的完整、系统性, 又能够使学生找到学习的主攻方向, 从课堂反映情况来看, 收效明显。
(二) 改进教学方法
数字逻辑电路课程主要研究数字逻辑的基本概念与基本理论, 包括数字逻辑电路的基本分析和设计方法以及常用的数字逻辑功能器件。
鉴于以上特点, 我们在讲授数字逻辑电路这门课时不能照本宣科, 常需要用一些实际数字电路示例, 让学生们能够进行简单的设计。
1. 注意激发学生的学习兴趣
在整个教学的各个环节上, 我们要设法激发学生的学习兴趣, 从而调动起同学们对本课程的学习、动手做实验的积极性。
在数字逻辑电路的教学中, 我们力求从实际问题引入新课, 引起学生兴趣, 激发学生思考。例如:在讲组合逻辑设计时, 我们先讲一下实际生活中可能接触到的实际组合逻辑器件, 例如抢答器。这些对学生来说十分熟悉, 经常听到。带着这种好奇心和兴趣, 再讲具体电路的设计, 效果就非常好, 激发了学生的积极思维。
2. 采用多媒体教学手段, 提高课堂效率
现代教学活动中, 通过多媒体手段, 可以把教师从传统的黑板教学模式中解脱出来, 使课堂教学由静态灌输转变为图文并茂的动态传播, 增强感染力, 拓展知识面, 减少课堂板书时的时间浪费, 增加授课内容的连续性, 从而激发学生的学习热情, 提高课堂教学效率。
3. 注重习题课
很多同学在学习过程中, 虽然掌握了基本的知识点, 但是遇到具体问题, 无法应用学过的知识进行分析。针对这种情况, 在教学过程中某一阶段的学习完成后, 我们通常上一到两次习题课。习题课既是对这一阶段学习的小结, 同时通过一些典型题型的练习、讲解, 也能使学生更好地掌握解题的思路和方法, 能够举一反三。
4. 改革考核方式
考核体系的科学性, 对提高学生学习的积极性、养成正确的学习方法与正确的考试观, 都具有重要的意义。考试是评价学生学习效果的基础, 需要全面地进行考察。为了使学生能重视实践, 我们突出平时成绩和实践成绩, 另外还增加课堂小测验, 使成绩的组成多样化, 提高学生平时学习的积极性, 避免考前突击式学习。
(三) 加强实践教学
实验教学是理论教学环节的延伸, 通过实验教学, 可以培养学生的实践技能、动手能力和创新能力, 并且使学生在掌握基本理论、基本知识和基本方法以外, 培养起实验研究和工程设计能力。
在实验教学环节中, 我们除配备了专职的实验教师外, 由任课老师亲自指导学生做实验, 从而及时发现和弥补理论上未顾及到的内容, 克服了以往教学中理论与实验脱节的现象。
在实验内容的实施上, 为了加深学生理解, 我们把很多验证性的实验内容转化为设计性实验, 要求学生在课前根据实验要求做好预习, 写出预习报告, 利用所学的理论知识自行做实验, 老师在实验课开始时对重点需要强调的部分作适当的讲解, 并随机通过提问、检查等方式抽查学生的预习情况。在实验过程中, 老师在教室里巡回进行指导, 及时帮助学生解决连线故障及设备使用故障。为了杜绝学生抄袭实验数据的现象, 老师在检查学生的实验结果时, 会提出一些相关问题来核实其结果。
通过这些途径, 学生对待实验的态度发生了根本性改变, 从被动走入实验室转向了主动实验室, 积极求问, 将理论应用于实践, 起到了明显效果。
三、结语
通过教学实践, 我们对数字逻辑电路课程的结构体系及教学内容有了进一步的理解。教学内容的整合, 将会大大扩展课程内容;实践教学方面的加强, 将进一步锻炼学生的动手能力以及加深其对课程内容的掌握;教学方法的改进, 降低了学生的学习难度, 缓解了教学内容的膨胀与教学课时压缩之间的矛盾, 提高了教学效率和效果, 受到学生的普遍欢迎。
摘要：数字逻辑电路课程是信息类、电类等专业的一门专业基础课。本文结合教学实践与体会, 从教学内容、实践教学、教学方法等几个环节对数字逻辑电路课程的课堂教学改革提出了一些具体措施和建议。
关键词：数字逻辑电路,教学内容,教学方法,实践教学
参考文献
[1]蒋立平.数字电路[M].北京:兵器工业出版社, 2001.
[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.
数字电路与逻辑设计实验报告 篇5
课程名称
数字电路与逻辑设计
专
业
计算机科学与技术
班
级
姓
名
刘
腾
飞
学
号
09030234
指导教师
王
丹
志
成绩
2010年 年 11月 月 10 日
实验题目：
译码器、数据选择器及其应用
一、实验目的 1、掌握中规模集成译码器与数据选择器的逻辑功能与使用方法
2、熟悉数码管的使用 3、学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法 二、实验原理 1 1、中规模集成译码器 74 LS 138
74LS138是集成3线－8线译码器，在数字系统中应用比较广泛。图-1是其引脚排列。其中 A2、A1、A0为地址输入端，0Y～ 7Y为译码输出端，S1、2S、3S为使能端。
图-1 74LS138真值表图-2如下：
图-2 74HC138工作原理为：当S1=1，S— 2+S — 3=0时，器件使能，电路完成译码功能，输出低电平有效。当S=0，S— 2+S — 3=X时，或S1=1, S— 2+S — 3=1,译码器被禁止，所有输出同时为1 2 2、双4 4 选1 1 数据选择器
74LS153 ?
所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图-3所示，功能表如图-4所示。
图-3
输入 输出 S—
A1 A0 Q 1 0 0 0 0 X 0 0 1 1 X 0 1 0 1 0 D0 D1 D2 D3 图-4
1S—、2S — 为两个独立的使能端；A1、A0为两个公用的地址输入端；1D0~1D3和2D0~2D3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Q1、Q2为两个输出端。
当使能端1S—（2S —）=1时，多路开关被禁止，无输出，Q=0。
当使能端1S—（2S —）=0时，多路开关正常工作，根据地址码A1、A0的状态，将相应的数据D0~D3送到输出端Q。3、8 8 选1 1 数据选择器 74LS151
74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图-5所示，功能表如图-6所示。
图-5
图-6 选择控制端（地址端）为A2~A0，按二进制译码，从8个输入数据D0~D7中，选择一个需要的数据送到输出端Q，S— 为使能端，低电平有效。
使能端S— =1时，不论A2~A0状态如何，均无输出，多路开关被禁止。
使能端S— =0时，多路开关正常工作，根据地址码A2、A1、A0的状态选择D0~D7中某一个通道的数据输送到输出端Q。
三、实验设备及器件 ●
硬件：PC机一台 ●
软件：QuartusⅡ5.0集成开发环境 四、实验内容 1.使用74LS138实现逻辑函数 F=A’B’C’+AB’C’+ABC 2.使用74LS151实现逻辑函数 F=AB’+A’B+AB 3.使用74LS153实现逻辑函数 F=A’BC+AB’C+ABC’+ABC
五、实 验过程 1、使用74LS138实现逻辑函数 F=A’B’C’+AB’C’+ABC ① 由74LS138功能表（图-1）可知电路图连接如图-7所示
图-7 ② 经编译检查无错（图-8）
图-8
③ 对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-9
图-9 2、使用74LS151实现逻辑函数F=AB’+A’B+AB
①将输入变量C、B、A作为8选1数据选择器的地址码A2、A1、A0。使8选1数据选择器的各个数据输入D0~D7分别与函数F的输出值一一对应，即A2A1A0=CBA、D0=D2=D3=0、D0=D4=D5=D6=D7=1则输出Q便实现了函数AB’+A’B+AB接线图如图-10
图-10 ②经编译检查无错（图-11）
图-11 ③对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-12
图-12 3、使用74LS153实现逻辑函数 F=A’BC+AB’C+ABC’+ABC
①函数F有3个输入变量A、B、C，而数据选择器有2个地址端A1、A0少于数据函数输入变量个数，在设计时可任选A接A1，B接A0。接线如图-13
图-13
②经编译检查无错如图-14
图-14 ③对其进行仿真，设置好一定仿真时间区域与输入波形后启动仿真器得仿真结果如图-15
数字逻辑电路教学 篇6
[摘 要]“数字电路”课程是很多工科专业的通识必修课，尤其是电子类、信息类以及通信类专业，它是这些专业学生的入门基础课，其对培养上述专业学生具有重要影响。“数字电路”也是我校物理学以及电信专业的通识必修课。从提高主讲教师的素养；把握和整合课程内容，提高课程教学质量；改革实验教学方法；改革考试评价体系等几个方面进行了阐述，为激发学生学习本课程的兴趣，提高学生综合能力给出建议。
[关键词]“数字电路”教学 教学改革 实践能力
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0109-02
“数字电路”课程是与电子信息领域相关的一些专业的主干课程和入门性质的平台基础课，它的作用类似于数学对于理工科的重要性一样，其对培养电信类专业学生具有重要影响，学生能否掌握好该课程影响着后续专业课的学习。该课程的目的和任务是通过“数字电路”课程的学习，使学生获得“数字电路”的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。针对现行人才培养目标，陕西师范大学（以下简称“我校”）电子教研室的老师们在汲取国内外高校尤其是国内电类名校在该课程上的教学内容与教学方法，同时着眼于学校的实际条件和学生的未来工作需要，对该课程的教学内容和方法进行改进，主要体现在以下几个方面：提高主讲教师水平，激发学生学习兴趣；把握课程重点，更新教学内容，提高课程教学质量；加强实验教学环节，突出学生科学思维的培养；建立合理的考核体系，采用多元化成绩评定方式，注重学生实践能力的培养。通过改革，不断更新和充实教学内容，使得本课程理论紧跟新技术的发展，提升教学效果，体现我校办学特色，同时培养学生就业所需要的实践能力。
一、“数字电路”课程教学现状
在传统的教学模式中，教师往往重视知识的理论性，轻视知识的实践性；学生则更加重视考试分数的高低，轻视实践能力的锻炼。在教学过程中，以教师为主导，采用“灌输式”的教学方法，教学内容局限于课本，学生处于被动接受的情境下，思维受限缺乏积极性，教学效果不好，学生在未来的工作中对所学知识的运用能力不佳。多媒体技术和计算机技术的发展为教学方法更加多样化提供了条件，很多高校已经将多媒体搬进教室。除了讲授法外，其他各种教学方法例如讨论法、演示法、任务驱动法、项目教学法等教学方法也被很多教师采用。
对于我校来说，为顺应时代的发展，学校实施以“厚基础、宽口径、高素质、强能力”为培养理念的“2+2”本科人才培养模式，即前两年将学生按一级学科为主体的大类进行培养，学生主要学习通识课程和学科基础课程，后两年按学科专业方向进行培养，学生主要学习专业课程、教师教育课程（专业技能课程），并完成实践环节和科研训练等教学内容，因此专业的培养方案中开设的课程数量增加，导致每门课的学时数被削减。同时，由于技术的发展，使得课程体系和教学内容发生了深刻的变化。“数字电路”的教学工作面临教学学时数减少和教学内容增加的巨大矛盾，给教学实施带来压力和挑战。数字电子技术的飞速发展无疑给“数字电路”课程的任课老师带来了更大的挑战。超大规模可编程逻辑器件的大范围使用、通过硬件描述语言进行电路系统的设计等，这些层出不穷的新知识、新技术逐渐使授课内容变得更加分化和复杂。当前“数字电路”在我校基本仍以传统教学方法为主，在不断缩减授课学时的前提下，如何将上述知识完整而高效地传授给学生，并且培养学生具有深厚理论基础和综合技术、良好的实践能力和创新意识是应该继续研究的问题。
二、“数字电路”课程教学改革措施
（一）提高主讲教师水平，激发学生学习兴趣。“数字电路”课程具有新知识涌现快的特点，因此要求主讲教师要有强烈的责任感和敬业精神，在吃透教材的同时不断汲取新的专业知识，掌握专业前沿的发展动向，并融入教学中，激发学生学习的热情。教师依据大纲要求精心设计教学内容，教案或者课件应直观、生动和形象，利用技术手段（比如添加链接）使教学内容条理清晰，在课堂中的例子与实际生活相关联，增加学习的趣味性。问题的引出是每堂课的开场白，起着承上启下的重要作用，要注意每节课问题的引出方法。在教学过程中教师应采取多元化的教学方法，由传统的“灌输者”向“引导者”转变。让学生在宽松活跃的课堂气氛中学习，鼓励学生在探索问题的过程中相互沟通、合作，分享不同的视角与观点，鼓励学生思考并尝试解决问题，促进学生创造性思维的培养，提高课程教学质量。
（二）把握教学重点和更新教学内容，提高课堂教学质量。教学方法是有效实施新的课程体系和教学内容，提高教学效果的重要环节，因此，需要对传统的满堂灌、填鸭式等课堂教学方法进行大力改革，渗透部分研究性教学的思路。比如由“知识点讲解型”向“以问题为导向型”转变，同时教师向“引导者”角色转变，提炼有一定挑战性的现实问题，用以问题为导向的主动式学习来激发学生学习知识的兴趣，从而使他们深入理解相关知识点。在课程内容上处理好分立电路和集成电路的关系，二者理论上发展现状是分立和集成共存，要淡化分立、内部结构内容；在实际教学中要采取分立和集成的融合方法，但淡化不等于不要，要有适当的涉及。比如在组合电路的设计章节中常见的题目就是根据要求设计出实际逻辑电路，通常就是根据输入、输出列出真值表，这一步是设计的关键，要写出表达式并化简或者形式变换，最后画出逻辑电路图。画出的逻辑图用门电路和模块均可实现，比如全加器可以用与门和异或门等逻辑门组成，也可以用模块74LS138来实现。在课程内容上同时削弱对集成门电路内部电路的分析，侧重讲解数字集成电路的逻辑功能和应用，注重学生对实用性的要求。
（三）改革实验教学方法，提高实验教学质量。数字电路实验教学是整个课程体系的重要组成部分，是理论教学的延伸，对于学生探索精神、科学思维、创新意识的培养具有重要意义。理论教学获取新的知识，使得学生有了良好的认知能力和有效的知识体系，实验教学是应用所学知识，培养实践能力，培养创新意识，重新认识认知能力，二者互为促进。很多学校已经把数字电路实验作为一门独立的课程来开，而我校还不具备这个条件，但是在教学方法上已经做了很大的改进：第一，体现为三个转变。转变实验辅导解答为实验引导启发；转变面向实验结果为面向实验过程；转变实验单一模式为多元模式。第二，实验内容分为三级，分别是基础性实验、综合设计性实验和自主探究性实验。其中综合设计性实验和自主探究性实验必须建立以学生为中心的教学模式，即在教师指导下的学生独立实验过程。第三，数字电路实验室采取开放式教学，提高实验教师责任心和耐心。实验室早上八点到下午六点开放，学生除实验课时间外，其他时间也可以自主去实验室做一些有益的实验探究，有问题可以随时向专门的指导教师请教，这使得学生的学习状态得到改观。在学生实验过程中，除了硬件连接错误、接触不良等非设计因素导致的故障需要教师帮助外，还有一些设计性的错误也需要教师在指导实验过程中进行适当的提示和引导。因此，实验过程指导对于实验教师的责任心和耐心是个很大的考验，而实验教师的责任心和耐心对于学生实验质量起着非常重要的作用。第四，学院和学校两级每年都举办“电子设计大赛”，让学生践行所学知识，提高了实践能力和创新能力，形成理论与实践的相辅相成，相互促进。
（四）建立合理的考核体系，采用多元化成绩评定方式。随着教学内容的不断整合更新，教学方法的改革，应建立学生学习过程的形成性评价与学习效果的终结性评价相结合的评价体系。改革以往单纯的期末考试定成绩的方法，促使学生对学习过程重视，提高作业、出勤、课堂讨论、实验操作等学习过程的考核力度，降低期末考试在整体成绩评价中的比重，特别是提高了实验操作的比重。以往实验部分只占总成绩的10%，现在提高到至少20%，客观上提高学生对实验的重视程度，从而无形中强化了学生的实践能力。提高过程考核中学生平时成绩作为判断学生成绩比重，并与课程期末考试相结合，完善考试考核机制，从多方面为提升学生综合能力而努力。
三、结语
数字电路技术的飞速发展，新知识、新技术的层出不穷，给任课教师和传统的教学带来严峻的挑战。笔者及笔者所在课程组正在对“数字电路”教学及实验内容和方法进行改革，希望既培养学生具有深厚的理论基础，又希望他们掌握系统的方法；教学既突出理论和概念，又强化方法和技术。然而，如何进一步提高学生的综合能力还需要继续探索和研究。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 康华光.电子技术基础（数字部分）（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 孙丽君，张晓东，鲁可.“数字电子技术”课程教学改革探析[J].中国电力教育，2013（13）：67-68.
[3] 王勇.“模拟与数字电路实验”的课程设置[J].电气电子教学学报，2007（1）：6-7.
[4] 王国新，张桂凤等.“数字电子技术”课程教学改革探究[J].中国电力教育，2013（12）：73-74.
[5] 王宝英，袁勇，卢静，毛小群.新评价体系推动数字电路课程教学改革[J].重庆电子工程职业学院学报，2010（3）.
[6] 席兵.MATLAB在“数字电路”课程教学中的应用[J].重庆邮电学院学报（社会科学版），2004（S1）.
[7] 伍立.《脉冲与数字电路》教学中的“因材施教”[J].新课程研究（职业教育），2007（4）.
[8] 常建.“三步实习法”与维修专业教学效果初探[J].职业技术，2005（9）.
[9] 叶海芹，王学宁.提高马克思主义理论课教学效果的途径[J].中国成人教育，2005（11）.
[10] 付金会，宋学锋.高校教师的教学行为选择与激励机制[J].中国矿业大学学报（社会科学版），2005（4）.
数字逻辑电路教学 篇7
数字逻辑电路传统的教学方法是先讲理论后做实验。《数字逻辑电路实验》是继《数字逻辑电路》理论课程后单独的一门实验课程。《数字逻辑电路实验》是理论教学的补充和延续, 通过实验教学可以巩固理论知识, 培养实践能力。数字逻辑电路技术领域的知识包含理论和实践, 这一特点决定了数字电路实验教学必须重视实践能力的培养。如何在数字电路实验教学中注重培养学生的实践能力和创新意识, 是实验教学中的重要课题。在数字逻辑电路中应用项目教学法就可以实现。那么什么是项目教学方法呢?项目教学法, 是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动, 其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来, 充分发掘学生的创造潜能, 提高学生解决实际问题的综合能力。在数字逻辑电路中理论教学和数字逻辑电路实验教学相统一, 在做实验教学的同时, 用项目驱动来调动学生学习的积极性及创新能力, 进一步提高他们的实践能力和创新意识。
1 教学现状
数字逻辑电路传统的教学是将理论知识内容介绍给学生, 理论教学以老师讲为主, 老师利用板书、语言及多媒体工具作为手段和方法向学生灌输知识, 学生则被动地接受老师传授的知识。上课时学生也许听懂了, 但是过段时间就忘记了。传统教学实验滞后于理论教学, 在学生做实验的时候, 理论知识忘记的差不多了, 怎么办呢?他们大多对照书本连线就算完成实验了。这样学习就造成了部分学生在不懂实验原理的情况下, 依样画葫芦也同样完成了实验。部分学生在做完实验后还是知其然, 不知其所以然, 完全处于被动地位。没有起到实验教学应该起到的作用。《数字逻辑电路》的任务是使学生掌握现代电子技术基础的有关知识, 提高专业知识水平、及提高学生的逻辑思维能力和分析问题、解决问题能力的培养。但是按照传统方法远远没有达到这门课的任务。
2 改革设想
现在我们应该建设一个以“学生为主、教师为辅”的新型课程模式。他的主要特点就是如何融理论于实验, 化理论为实践是本课程教学改革的基本原则之一。
《数字逻辑电路》的主要知识要点包括:组合逻辑电路、时序逻辑电路、555定时器极其所构成的电路、A/D转换器和D/A转换器、存储器等。我们就按知识点内容将他们划分项目。需要做项目的部分, 我们用黑板或者投影仪讲完理论知识后再做项目, 这样不仅能增强学生对理论知识的理解能力, 还能增长理论知识的记忆性。
采用项目教学法宜在数字电路实验室进行, 室内要求有黑板 (最好有投影仪) 。这一过程能够充分发挥学生的主动性, 积极性和创新精神, 培养学生的创造性思维模式, 实现传统与现代相结合的独特的教学方式。在教学活动中, 教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生, 在教师指导下, 以个人或小组工作方式, 由学生自己按照实际工作的完整程序, 共同制定计划、共同或分工完成整个项目。在项目教学中, 学习过程成为一个人人参与的创造实践活动, 学生在项目实践过程中, 理解与掌握课程要求的知识和技能, 体验创新的艰辛及乐趣, 培养分析问题和解决问题的能力及团队合作精神等。
3 具体应用实例
项目教学法是师生共同通过完成一个完整的项目而进行的教学活动。应用此方法进行数字电路教学活动中, 主要有以下几个步骤:
3.1 项目的选择
项目的选择是教学活动的核心内容, 是教学任务能否完成的关键。项目的选择应符合以下几点: (1) 涉及的知识和技能应在教学大纲要求的范围内; (2) 所确定的项目及结果, 有一定的兴趣性, 能调动学生们学习的积极性; (3) 所涉及的内容是学生们比较熟悉的; (4) 涉及到的知识技能, 学生们能通过查阅资料能完成的; (5) 项目完成的过程中, 利于学生的情感、态度的教育。以组合逻辑电路的学习为例详细介绍项目教学法的应用。
3.2 分析及设计
在电视中我们经常看到一些活动应用抢答器如少儿频道中的智慧树节目。根据我院现有的设备及学生们得基础, 我们选择了“四路智力竞赛抢答器”作为一个项目。在这个过程中, 我们教师可以分几个小任务给学生们供参考来帮助他们顺利完成此项目。
任务一:学习逻辑函数相关知识, 掌握组合逻辑电路的分析和设计方法, 并设计一个简单的3人表决电路。
任务二:编码器的原理和逻辑功能测试, 译码器的原理和逻辑功能测试, 显示译码器和数码管的应用。拓展任务:由编码器或译码器完成组合逻辑电路的设计, 全加器、多路选择器、比较器的逻辑功能测试和电路设计。
任务三:用中规模集成电路完成4路抢答器的设计、制作与调试。
接下来进行电路设计: (1) 完成具体的电路设计和相关计算; (2) 对初步设计的电路进行修正, 确定最合适的方案, 当然, 方案可以有多种, 要充分发挥学生的创造性。
然后进行电路组装: (1) 完成对项目所用元器件、芯片的挑选和检测; (2) 完成电路的焊接组装; (3) 完成电路的单元调试; (4) 完成系统的整机调试。
我们老师既然都布置任务给学生们来帮助学生, 就应该把握好尺度, 不要过多的参与了, 放手让学生们自己通过查阅资料、自学、互相商讨来完成抢答器的制作。当然在做任务之前, 我们教师要把接触到的新知识给学生们介绍明白, 学生们如果在查阅资料过程中遇到难题教师也要积极的参与。师生也要多交流、沟通, 这样才可以充分调动学生们学习的主动性、积极性。
下图为学生们共同商讨后四路竞赛智力抢答器的电路原理图:
3.3 制作元件及工作原理
IC1 74LS373:锁存器, 8个D触发器彼此独立, S为选通端 (输出控制) , 低电平选中;G为使能端 (允许端) , G为高电平时, D信号向右传送到Q端, G为低电平时, 电路保持原状态不变, 禁止数据传送。
IC2 74LS20:2四输入与非门。
9012:三极管。
R1～R13:电阻。
S1～S4, 抢答按钮, 按下按钮, D锁存器相应输出为低电平。
k1, 复位按钮, 主持人按下, 抢答重新开始。
平时74LS373的D1～D8均为高电平, Q1～Q8也是高电平, 各发光管不亮。
当某抢答者按下自己的按键 (例如按下S1) 时, 则D1=0, Q1=0, LED1发光, 指示第一路抢答。在Q1=0时, 与非门G1的输出为1, 此时G2的输入端均为1 , 故输出0电平到G端, 使电路进入保持状态, 其它各路的抢答不再生效。因此, 该电路不会出现两人同时获得抢答优先权。与此同时, G1输出的高电平, 使语音芯片IC3工作, 使扬声器发声。
当裁判确认抢答者后, 按下复位按钮 (K1) , G2输出高电平, 因S1～S8无键按下, D1～D8均为高电平, Q1～Q8也都为高电平, 电路恢复初始状态, LED熄灭, 扬声器振荡, 准备接受下一次抢答。
4 结语
项目教学法突破了传统的教学模式, 适应现在的教学。通过项目教学法的学习, 大大提高学生学习的积极性和主动性, 他们的动手能力、解决实际问题能力有很大的提高, 值得我们推广。
参考文献
[1]张悦.项目驱动教学法在C语言课程中的应用[J].职业教育研究, 2007, (2) .
[2]程倩.《数字电路》课程案例教学法探析[J].读与写 (教育教学刊) , 2011.
[3]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) :193-195.
[4]郁玲艳.“数字电路”教学改革探讨[J].中国电力教育, 2010, (30) :80-81.
[5]梁向红, 何宝祥.在“数字电路逻辑设计”教学中培养学生能力[J].课程教材, 2011, (10) :69-70.
数字逻辑电路教学 篇8
关键词：数字逻辑电路,计算机仿真,QuartusⅡ
0 引言
Quartus II开发平台是ALTERA公司推出的FPGA、CPLD和ASIC的综合性开发软件。它不但支持电路原理图输入和硬件描述语言输入, 而且具有完善的仿真功能。本文将Quartus II软件引入数字逻辑电路课程的作业教学环节和课程设计教学环节, 目的在于提高学生对数字逻辑电路的分析能力和设计能力。
1 将Quartus II软件引入作业环节
由于数字逻辑电路课程的教学是围绕原理图设计展开的, 因此, 要求学生掌握Quartus II软件的以下基本功能:
(1) 原理图输入法。包括创建原理图文件的方法及调用器件的方法。
(2) 编译工程。
(3) 仿真。包括建立波形文件、设置仿真时间、分析仿真结果。
为了使学生掌握上述基本功能, 将学习环节分为两步进行:首先, 安排1个学时讲解软件的使用方法;其次, 安排2个学时的上机训练。由于计数器的原理比较容易理解, 所以给学生布置计数器设计方面的上机实验内容———用4位同步二进制计数器74LS161接成十二进制计数器。用Quartus II软件建立电路后对其进行仿真, 得到的时序波形图如图1所示, 可见仿真结果可以形象的说明设计结果正确。
在学生掌握了QuartusⅡ软件基本使用技能之后, 就可将其用于完成教师布置的作业, 对自己设计的电路自查, 看到直观的设计结果, 还可进行相似题目的自我训练, 大大提高学生学习的主动性和积极性。
2 将Quartus II引入课程设计环节
数字逻辑电路课程是一门实践性非常强的课程, 课程设计环节不但考察学生对所学知识的运用能力, 而且起到融会贯通课程重点内容的作用。虽然, 借助实物设计的电路非常直观, 但实验设备的维护情况、实验经费的投入量会对实践效果和实验内容会产生直接的影响。尤其是若实验前学生的预习比较盲目, 无法验证预习思路是否正确, 就会使实验效果大打折扣, 因此本文建议将仿真软件引入课程设计环节。
在课程设计环节, 教师可给学生布置一个小系统设计题目, 从系统设计到系统实现要求学生独立完成。同时为了保证工作的进度, 减少后期的调试难度, 要求前期设计在计算机上进行, 具体安排如下:
(1) 学生针对设计要求, 自选芯片, 借助Quartus II软件完成前期设计仿真。若仿真结果正确, 可以向教师申请所需芯片。此环节的时间安排为8学时, 主要训练学生分析问题的能力。例如, 要求学生设计一个数字钟电路, 能用7段数码管显示时间。教师应当引导学生从总体功能入手, 对系统功能进行逐渐细化。首先, 使学生认识到需要将数字钟分解为显示部分、控制部分以及显示与控制的接口部分;其次, 根据显示要求, 确定所需显示数码管的数量;第三, 根据控制要求, 确定需要的计数器型号;第四, 为了将计数结果转换为数码显示, 需要设计计数结果至显示输出的译码电路。
(2) 教师根据学生提出的要求和实验室的实际情况为学生提供芯片。此时学生应根据实际情况修改设计并重新仿真, 若仿真通过便可得到实验室提供的芯片。此环节的时间安排为4学时, 主要训练学生根据现有资源设计电路的能力。有了第一环节的基础, 这一环节应该要求学生完全独立完成。
(3) 根据设计得到的电路原理图搭接电路, 观察设计结果。此环节的时间安排为4学时, 可使学生认识到仿真的优点, 以及仿真和物理实现的差距。例如:软件的原理图输入法中, 忽略了个芯片的电源管脚;软件仿真中, 外部输入信号 (如时钟、复位信号等) 是通过编辑波形文件得到的。而在实际电路设计中, 必须考虑电路输入信号的产生方法以及器件的供电等。
(4) 书写设计报告 (课后完成) 。在上述方案的实施过程中, 指导教师采用了启发的方式指导学生设计, 不但可充分调动学生的积极性, 同时又可避免学生盲目地进行设计, 培养学生具有良好的思维习惯。由于在课程设计环节引入了软件仿真, 与传统的教学模式比较, 学生在预习环节不但可以主动地从事设计工作, 而且可以验证设计结果是否正确, 从而调动了学生的预习积极性;另一方面, 由于学生在搭接电路之前, 通过仿真的方法已经将实验进行了一遍, 排除了电路设计中的逻辑错误, 从而大大缩短了搭接电路和调试电路的时间。另外, 对于功能相对简单的小系统, 一般若仿真结果正确, 实物设计结果也会完成相应功能, 因此在课程设计的前期引入Quartus II软件可收到良好的实践训练效果。
3 结束语
将Quartus II工具用于数字逻辑电路设计部分的教学, 对提高教学的趣味性, 帮助学生理解课本知识, 丰富实验内容, 充实课程设计环节是十分有益的, 同时对其后续课程的开设 (如:VHDL语言的学习) 将起到抛砖引玉的作用。随着电子技术的发展, 借助仿真软件进行电路的前期设计, 已成为电子工程师必备的知识之一。因此, 将工具软件应用于教学, 对提高学生的就业竞争能力也是十分有益的。
参考文献
[1]Altera Corporation.Quartus II design flow for MAX+PLUS II us-ers[EB/OL].http://www.altera.com.cn/literature/hb/qts/qts_qii51002.pdf, 2009.
数字逻辑电路教学 篇9
在高速发展的电子产业中数字电路具有较简单又容易集成的特点, 是集成电路设计的基础。数字电路又是现代电子技术、计算机硬件电路、通信电路、信息与自动化技术的基础。因此, 《数字电路与逻辑设计》是电子、通信、计算机、自动化等专业的重要基础课程, 其理论性和实践性很强。
在当今信息数字化时代, 随着CMOS工艺的发展, 式子电子技术中TTL的主导地位被撼动。在工程实践中, 数字电路的文本描述已逐渐取代图形描述。FPGA/CPLD器件的大量应用, 也改变了数字系统的设计理念、设计方法, 使数字电子技术开创了新局面, 不仅规模大, 而且将硬件与软件结合, 使器件的功能更加完善, 使用更灵活。因而, 数字电路的教学内容也需要不断更新与改进, 已适应人才培养的需要[1]。
对以电工基础及电子电路为基本的理论基础知识, 由于其逻辑性极强、极具抽象性、并枯燥无味, 对该门课程有极大兴趣的学生不多, 大部分学生都感到难学、学不懂、不会学, 对各种电子产品的结构特别是在电路结构、电路工作原理分析方面, 更是觉得困难重重。由于缺乏学习兴趣, 学生的学习纯粹是一种被动学习, 也就是为了应付考试, 最终的教学目的很难达到[2]。
目前, 大部分年轻老师都是直接从学生转变为老师的。在讲授这门课之前完全没有任何教学经验, 更谈不上实践经验了。所以在教学过程中只是在简单完成教学任务, 照搬书上的内容, 没有将这门课程与当今科研技术结合起来, 对激发学生的学习兴趣也并未起到积极的作用。在学校, 数字电路与逻辑设计分为两部分教学, 分别为理论知识与实验操作。大部分老师只承担某一部分的教学工作, 很少同时从事两部分的教学工作。这样的话, 会使理论与实践脱节, 老师各讲各的, 学生的学习效率也会相应降低。因此, 教师应该重视这一状况。教师是否了解当前学科技术的前沿, 能否更多地将当前新工艺、新电子元件、新仪器产品的使用等内容融入课堂教学是至关重要的[3,4,5,6,7]。
考虑到上述现状, 针对学校专业特点和有关课程设置, 改革数字电路与逻辑设计课程体系已经成为大家的共识。
2 提高教学质量和效果的策略
2.1 学生学习兴趣的培养与提高
课堂教学是学校教育的基本途径, 面对有些学生注意力不够集中, 自律能力较弱的状况, 怎么样使自己的讲课更有吸引力, 激发学生的学习兴趣, 这是很多教师关心的问题。针对以上问题, 具体实施方案如下:
调研。采用无记名答卷调查以及课间交谈等方式, 及时了解学生心理状态和学习状态信息, 对学生的电路基础知识、学习兴趣、知识获得取向等进行统计和分析, 为制定合适的教学计划、选取恰当的教学内容和教学方式打下基础。充分了解学生的心理状态和学习状态、现有的教学条件和实验条件, 为课程教学质量的提高提供理论依据。
激发动机, 学以致用。具体内容的授课过程中, 尽量将理论内容和实际结合, 寻找与人们实际生活息息相关的数字电路, 让学生有种数字电路就在身边的感觉, 拉近与数字电路的距离, 而不是将数字电路作为一门距离很远的知识来学。
营造生动活泼的学习气氛。不论是在课堂教学中还是课后与同学们的交流中, 尽量从学生的角度出发, 走到学生身边, 拉近与学生的距离, 在教学过程中穿插一些幽默的语气, 适当的让学生放松。
创设问题情境, 让学生广开思路。在教学过程中, 不是老师一味的讲, 适当的时候可以引导学生, 让学生自己思考。
关注学习过程, 让学生品尝成功。积极关注学生参与学习的程度是教学成功的重要因素。没有学生积极参与的教学应该是失败的。教师在关注学生的同时, 要积极创设机会让学生体验成功的快感。
2.2 教学过程中教学相长的互动性教学模式研究
这其实是一个在教学过程中以谁为主的问题, 也是很多教师一直在探索的问题, 大学专业课程基础较宽、内容较丰富, 要完全实施互动式教学模式会与课堂人数众多以及课时的限制之间发生矛盾。目前一般数字电路基础及专业基础课程的教学, 基本仍采用教师详细讲解每个知识点和例题的模式, 这是解决上述矛盾的最方便直接但却不是最好的方法。鉴于课时的限制, 挑选合适的内容和时间逐步进行互动式教学还是切实可行的。除此之外, 最大限度地将重要知识点、特别是在工程实际和深造过程中应用较多的知识点以应用实例体现出来, 解决学生“有没有用”和“怎样用”的疑问, 也调动起学生的学习积极性;条件允许还可进行实物演示, 或提供多媒体材料 (如教学录像、flash等) 、书面参考资料及电子资源, 引导学生掌握科学的学习方法和严谨的科研思维方式, 达到互教互学、学有所用、轻松愉快的学习效果。
在“教”环节, 充分借鉴现有教改科研成果, 形成本课程特色的教学方式, 并在内容上恰当加入相关专业领域的科研成果、科研思想来丰富理论内容、拓宽知识面以掌握本专业领域发展现状与趋势, 力求把枯燥无味的理论公式、物理概念和科研思路通过具体的数字电路实例表现出来;在“学”环节, 积极引导学生在掌握好理论知识前提下, 发展分析和设计数字电路的能力, 形成“学有所用、学以致用”的科研思维方式, 选取合适的内容在合适的时机采取学生分组讨论并鼓励他们走上讲台讲述各自的理解, 教师则加以肯定和补充, 从而增强学生的学习积极性, 逐步形成互动式教学模式。
对这门课程的知识体系、教学方法作进一步的研究, 充分利用网络资料, 掌握数字电路领域发展现状和趋势, 了解并借鉴相关学科的现有科研成果, 并恰当运用于本课程教学过程、课后习题布置以及课程考核过程中, 使其跟得上科学发展的步伐。借鉴国内外高校的先进教学模式, 充分调动学生的学习积极性, 选择内容进行分组讨论并鼓励学生走上讲台、辅以教师补充, 建立教学相长的互动性教学模式。
2.3 课程设计强化实践能力的研究
本课程的突出特点是其应用性和工程实践性, 因此需要通过各种实践教学手段和措施提高学生的认知和应用能力。在课程快结束时可安排课程设计环节, 培养学生运用课程中所学到的理论知识与实践技能, 独立地解决实际问题。可以设计传统的一些数字电路, 例如:声控器、温控器、交通控制灯、序列码发生器和频分计等。学生也可以发挥自己的创造力对这些题目进行改进, 扩展它们的功能, 或者学生可以对自己感兴趣的数字电路进行研究以及利用所学知识设计某种功能的数字电路。通过课程设计, 提高学生独立进行电路调试和分析能力, 培养学生接受新事物的能力, 开发学生运用所学知识解决实际问题的技能。
根据教学大纲要求, 课程配套实验属于验证性实验, 这对学生科研动手能力和知识掌握程度的要求并不高, 而学生对不同知识点或实验的掌握理解和兴趣不尽相同, 对课程中物理概念的理解以及是否需要更深入探索的需求也不一样, 因此按照学生的上课情况及基础掌握程度进行分组课程设计, 并针对各组按情况给出难度适中的课程设计题目或要求, 通过团队合作来设计数字电路系统并对实验现象进行解释和解决, 这样非常有助于学生加深理论知识理解和锻炼理论联系实践、团队协作的能力。
大量引入实际范例以激发学生的学习兴趣, 从而让学生从被动学向主动学转变, 鼓励学生积极思考、勇于探索、勤于实践, 利用所学理论知识, 能对实际应用进行分析和解释, 从而加深对课堂理论知识的理解, 达到“在课堂上学理论, 在实践中习真知”的效果;通过增加课程设计环节培养学生设计特定功能器件的能力。
2.4 合理灵活的考试机制探索
历年的考核方法教师沿用了期末结合平时成绩的形式, 期中成绩占30%, 期末成绩占70%。从历年的教学经验来看, 这种考核机制存在严重的弊端。许多学生为了能拿到高的平时分, 相互抄袭现象非常严重, 但是老师在认定抄袭上相当困难, 所以不能单纯从作业情况来评定一个学生的平时成绩。很多学生平时不认真预习, 上课不认真听讲, 课后不认真复习, 为了应付期末考试, 到考前临时抱佛脚, 把过多的时间和精力放在套题和猜题上。集中考前几天时间把历年试卷看下, 有的甚至直接背下答案。这样的话, 这门课的学习以及教学目的并未真正达到。而且这种考试机制下, 会导致老师在教学过程中想到的只是怎么提高学生的期末成绩, 素质教育已抛到脑后。基于上述情况, 教师改变这种传统的考核机制, 结合多种考核形式, 综合评定学生, 具体方案如下:扩到平时成绩的比例, 可适当扩到50%, 平时成绩包括平时作业、课堂测验、设计作业以及附加分。不单纯的以作业情况计算平时成绩, 而是在教学过程中, 随机的进行课堂测验, 当场交, 将每次测验成绩计入平时分;在结束这门课程之后, 学生利用所学知识对某个实际数字电路进行分析或者设计某个数字电路, 以大作业的形式上交, 并计入平时成绩;最后, 还可以在课堂练习的时候, 给优先得到正确结果的学生相应奖励, 比如平时分加5分。在期末考试出卷上, 可以邀请外校相关学科的老师出卷, 这样避免每年试卷题目都相似, 也遏制学生背题、猜题的想法。
3 结语
针对数字电路与逻辑设计课程进行教学改革, 将逐步展开对学生的学习情况、知识背景、教授内容的研究和探索, 积累一定的感性认知和实践经验;其次, 查阅较多数字电路实际案例并向学生演示, 大大提高学生的学习热情;最后, 在课程快结束的时候, 开展课程设计环节, 提高学生应用所学知识解决实际问题的能力, 注重理论与实践相结合。通过数字电路和系统设计课程教学内容及方法的探索和改进, 进一步提高教学质量与实现教学目标。
摘要：文章针对数字电路与逻辑设计课程进行教学改革, 从了解学生心理与学习状态入手, 充分利用现有网络资料和科研成果, 借鉴国内外高校相关学科领域、相关专业课程先进的教学模式, 引入课程设计环节, 着重培养学生综合运用所学理论知识分析和设计具体数字电路的能力;同时充分结合自身及相关领域的科研动态, 将最新科研成果与课堂教学紧密结合起来, 对该课程的教学模式和教学手段进行有益而较为深入的探索。
关键词：数字电路与逻辑设计,教学方法,教学质量
参考文献
[1]黄丽亚, 杨恒新, 朱莉娟.数字电路与系统设计[M].北京:人民邮电出版社, 2015.
[2]王红玉, 朱敏.浅谈《数字电路与逻辑设计》教学改革[J].科技资讯, 2009 (11) :172-173.
[3]谢丽.《数字电路与逻辑设计》教学改革实践[J].吉林省教育学院学报, 2012 (2) :71-72.
[4]白静, 张雪英.《数字电路逻辑设计》课程的教学实践研究[J].电子电气教学学报, 2007 (29) :69-71.
[5]周艳.《数字电路逻辑设计》课程教学实践与探索[J].电脑与电信, 2007.
[6]梁向红, 何宝祥.在“数字电路逻辑设计”教学中培养学生能力[J].中国电力教育, 2011 (10) :69-70.
数字逻辑电路教学 篇10
实验教学是高等教育的重要组成部分, 随着高校教学改革的深入, 实验教学改革的重心逐步由实验室硬件和环境的建设, 转向实验内容和形式的创新。国家教育部在“关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见”中指出, “高等学校要重视本科教学的实验环节”“并开出一批新的综合性、设计性实验”。开放式实验室适应开放式实验教学、管理模式, 为设计性实验提供环境基础。
构建模块化与层次性的实验教学体系和个性化与发展性的实验教学质量评价体系, 在实验教学改革中取得了一定的成效。
1 实验教学现状与问题
1.1 现状
同济大学软件学院作为国家示范性软件学院, 一贯重视本科生基础实验环节的课程设置, 注重对学生实践能力和创新能力的培养, 多门专业基础实验课程均以独立设课的方式存在, 与相关基础理论课程相对应。其中, 面向软件工程专业本科生开设的“数字逻辑实验”就是这样一门实验必修课程。
该课程内容主要包括逻辑组合电路实验和时序控制电路实验两大部分, 旨在通过一系列的实验项目, 实践与理论相结合, 加深学生对“数字逻辑原理”理论课程知识要点的理解, 并具备一定的电路设计能力, 具有较强的工程实践性。该课程也是后续课程, 尤其是领域软件系统方向 (包括体系结构、嵌入式等) 的重要先导课程之一。
多年的教学实践表明, 独立设课的实验课程有效提高了学生对专业基础知识要点的理解和掌握程度, 为后续课程的学习打下了扎实的基础。然而, 实验教学内容和形式不应是一成不变的, 需要不断提炼和改进。
1.2 问题
根据软件工程专业课程体系的自身特点, 在“数字逻辑原理”理论课程教学中, 着重于对相关理论的阐述和介绍, 要求学生掌握数字逻辑的基本原理和电路的工作原理及其应用, 而没有过多涉及硬件设计方面的内容, 如HDL、FPGA、CPLD等。与此相适应, 实验项目的设置也围绕着中小规模集成电路芯片的应用为基础, 涉及到基本门电路、译码器、数据选择器、加法器、触发器、锁存器、计数器等相关芯片, 实验过程以接线调试为主要实验手段, 考核方式以现场验收和实验报告相结合为主。
基于上述情况, 存在的问题主要集中在3个方面:
(1) 实验教学面向软件工程专业, 学生主观上缺乏学习硬件知识的积极性, 认识上存在一定的误区。
(2) 验证性实验项目比例较高, 面对既定实验步骤, 学生进行“按部就班”的操作, 生搬硬套谋求实验结果。
(3) 在实验过程中遇到异常现象或结果, 学生不假思索会直接求助指导教师。
这样的实验课程学习效果显然达不到教学大纲的要求, 并不能加深学生对相关知识要点的理解和掌握。如何充分激发软件工程专业学生对于硬件实验的兴趣, 调动他们的主观能动性和创造力, 加强发现问题及解决问题能力的培养, 是摆在我们面前亟待解决的问题。
2 教学改革方案
2.1 开放式实验室
同济大学软件学院探索并实施开放式实验教学与管理模式, 主要体现为:
(1) 实验室在工作日全天候开放。
(2) 学生在集中听取实验章节后, 自主完成实验预习。
(3) 学生在提交预习报告后, 可以通过实验教学管理系统自行选择时段进行实验预约。
(4) 学生在登记后进入实验室自主完成实验, 实验教学管理系统统计实验时间。
(5) 允许学生在规定课时内未获得满意实验结果的情况下, 另选时段重做实验直至完成。
(6) 教师与助教提供全程、全方位的指导和帮助, 不仅在实验室现场, 还可以通过网络方式建立师生联系。
这种开放模式推行之初, 确实提高了学生的学习兴趣。大多数学生认可这样的自主学习氛围, 愿意在实验过程中主动思考、自行解决问题, 并体会到其中的乐趣, 也体会到科研工作的艰辛, 教学效果取得了一定成效。
但在随后的教学实践中, 成绩分析显示优良率和不及格率均有逐年上升的趋势, 呈现出两极分化的态势;成绩分布标准方差指数逐年上升, 成绩分布曲线有向马鞍型分布的发展趋向。如何在基础实验课程的教学中加强监管, 提高整体成绩水平, 基本杜绝不及格现象, 也需要在积累良好经验的同时, 对实验教学的实施过程加以改进。
2.2 实施方案
在总结以往经验的基础上, 着手对数字逻辑实验教学进行重新梳理和规划, 对该课程的教学方式做了一些改进, 主要围绕以下5个方面进行:
2.2.1 加强实验教学与理论教学的衔接
每学期在制订排课计划时, 实验教学和理论教学进行进度协商, 确保实验教学进程紧随理论教学的节奏进行安排。通常是相关知识要点学习后的1~2周内进行相关实验, 学生更容易接受。这个时间段内, 学生对涉及到的原理知识“记忆犹新”, 也可以通过实验操作“温故知新”, 有助于对相关知识要点和实验现象的理解和掌握, 做到知其然并且知其所以然。
2.2.2 规范整体教学流程
每学期首堂实验课, 安排专门的学时向全体学生介绍实验学习流程, 普及实验室安全知识和操作要求, 并带领学生进入实验室熟悉实验环境和试验设备, 认识集成电路芯片等主要配件, 掌握电路连接方法和万用表的使用方法。这样, 为整个实验课程的学习做了一个良好的铺垫, 也初步激发了学生的学习兴趣, 让他们面对实验课程心中有数, 不至于茫然无措。
实验过程仍以在实验箱上接线调试为主, 不盲目引入和开发虚拟实验系统, 旨在为学生营造一个真实的动手环境, 可以在实践中发现问题并加以解决。对于硬件实验中不可避免的设备故障及配件损耗, 则通过加强日常维护和更新来降低故障率, 尽可能保证实验顺利进行。目前, 在院校两级经费的支持下, 基本能做到主要实验设备5年左右分批次轮换更新, 实验易耗配件 (主要是集成电路芯片) 2年内进行补充更新。从另一个方面来看, 也教会学生一些基本的故障判断和问题排除方法, 这也有助于提升其动手能力。
2.2.3 改进逻辑电路综合设计实验
在完成一系列验证性实验之后, 设置逻辑电路综合设计实验, 并作为课程考核项目。该项目要求学生根据所学知识, 自行设计逻辑电路方案并加以调试实现。
在实验讲解中, 教师会提供4~5个方案作为蓝本, 如彩灯模拟电路、时钟模拟电路、抢答器模拟电路、电子锁模拟电路等, 供学生参考, 并明确鼓励自行设计的电路方案, 对自行设计方案提高评分点, 这样很好地调动了学生主动思考和创新的积极性。
设计实验安排4个学时, 分在两周进行。第一周, 在课堂集中讲解实验要求之后, 学生自由分组 (每组不超过4人) , 开始进行为期一周的方案设计。要求自行选择所需的集成电路芯片, 方案规模适中, 不盲目求大、求难;第二周, 进行现场接线调试并限时考核验收, 要求学生根据已经初步做好的方案原理图或接线示意图, 在两个学时内现场完成接线及调试任务, 并由指导教师进行验收。验收过程中需进行演示逻辑电路功能并接受答辩, 讲述设计思路和工作原理。设计实验的最终成绩由现场答辩分数和实验报告分数两部分组成。
2.2.4 把控实验报告质量
每个实验项目结束后, 都要求学生在规定时间内提交实验报告 (通常为两周, 留给学生充分的时间撰写报告) 。明确实验报告的规范编写格式, 加强对实验报告中小结部分的考核, 要求小结篇幅适当、内容充实, 杜绝空洞无物的语句。实验小结可以阐述对实验原理的理解, 对实验中遇到问题的思考, 还可以对实验方案提出建设性意见。
经过两年来的实践和改进, 学生的实验报告规范程度得到很大提高, 优良率始终保持在70%以上, 且稳中有升。每学期结束后, 对实验报告进行归档, 择优做成示范文档供后期学生参考。
3 实践成效
数字逻辑实验作为软件工程专业一门基础实验课, 并没有沦为数字逻辑理论课的附属课程, 而是与之相辅相成, 起到了良好的理论联系实际的作用。本文结合笔者的教学实践, 通过分析在以往实验教学中存在的问题, 给出了几点改革措施, 并进行了初步的实践。
改革后的实验教学经过两个年级的试行, 取得了较好的效果。
(1) 从教学过程来看, 由于融入大量思考性内容, 促使学生不能完全依赖于实验教材“埋头苦干”, 而必须投入到积极思考当中。在实验过程中, 学生的主观能动性和学习兴趣明显提高, 课堂气氛热烈, 学生之间的相互讨论成为常态现象, 也敢于对教材中存在的问题提出疑问。
(2) 从考核情况来看, 越来越多的学生选择自行设计内容作为考核项目, 更有一些学生主动在课外学习电路设计辅助软件 (如Multisim仿真软件等) , 进行方案设计, 极大提高了设计水平和效率。统计数据显示, 2013学年和2014学年学生自行设计方案的比例分别为18%和31%, 有较大提升。学生乐于在实验中融入自己的想法, 如“乒乓球模拟”“比大小”“节奏大师模拟”“音乐节拍器模拟”等, 思路之开阔让人耳目一新。
(3) 在实验报告方面, 内容和质量均有显著提升, 反映了学生分析问题、解决问题的能力得到提高, 对相关理论知识的理解也有所加深, 学生的创新能力也得到了发掘。其中2013学年数字逻辑实验成绩优良率达88.9%;而2014学年优良率更是达到92.1%, 系首次突破90%。
(4) 从成绩分布情况来看, 设计性实验的引入表面上看提高了实验难度, 但是成绩优良率并没有降低, 不及格人数也处在可控范围内 (不超过3%) 。其中, 2013学年数字逻辑实验不及格率为1.8%;2014学年无不及格现象, 也是首次实现全通过。
种种迹象表明, 在校院两级支持下, 在一系列的教改措施实行后, 数字逻辑实验作为一门基础硬件实验课, 在软件专业学生的心目中, 不再是一门枯燥无味、为学分而学习的实验课, 而是可以发挥自己主观能动性和创新才华的场所。
4 结语
通过一系列的改革措施, 引导并鼓励学生应用所学知识进行独立思考, 加强动手能力和解决问题能力的培养。由此可见, 规范的教学方法和创新的实验内容, 在学生的能力培养中都是非常必要的。数字逻辑实验课程的改革有效提升了实验教学质量, 为学生学习其他专业课程打下坚实的基础, 也改观了软件专业部分学生对硬件学习的抵触情绪, 从而有助于提升软件专业学生的综合素质, 促进高校人才培养与时代发展需要相适应。
参考文献
[1]张小林, 周美华, 李茂康.综合性、设计性实验教学改革探索与实践[J].实验技术与管理, 2007, 24 (7) :94-96.
数字逻辑电路教学 篇11
关键词：设计性实验教学；课题设计；课题评估
中图分类号：G652 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0008-03
《数字电路实验》是我校电子类专业的一门专业必修课。是继《数字电路》理论课程后单独的一门实验课程。《数字电路实验》是理论教学的补充和延续，通过实验教学可以巩固理论知识，培养实践能力。同时数字电路实验也是《微机原理》、《微机接口技术》等的前端课程，有着很重要的地位。数字逻辑电路技术领域的知识包含理论和实践，这一特点决定了数字电路实验教学必须重视实践能力的培养。如何在数字电路实验教学中注重培养学生的实践能力和创新意识，是实验教学中的重要课题。我们尝试把数字电路实验分成三部分进行：基础实验；单元电路设计实验；综合性设计实验。第一步分的基础实验是和理论课程紧密的结合，实验的设置主要是一些入门级的基本概念，进度跟随理论课程同步进行。第二、第三部分是在第二学期进行。第二部分的单元电路设计是为了进一步加深对数字电路的重要概念的理解和运用。从本质上讲应该是属于验证性的实验。第三部分是数字电路综合设计，在综合设计的题目中，适当的涉及一些传感器，模拟电路等其他课程中的知识，目的是为了提高学生的设计能力。
一、传统实验教学中存在的问题
1.实验内容设置。在传统的重视理论教学，轻视实验教学的影响下，每一次的实验内容仅仅局限于验证理论课上的结论。对于通过实验加深理解理论知识的应用方面有所欠缺。传统的数字电路实验内容中，很少有涉及到模拟电路、传感器等方面的内容的综合性实验。传统验证性不利于培养现时代所需要的有理论知识、有动手能力、有创新意识的人才。
2.实验设备。传统的数字电路实验设备实验教学的手段相对落后，实验内容和实验方式也就受到了限制。实验一般是在面包板或者是类似于面包板的实验箱上进行。学生只要对照书本连线即可完成实验。造成了部分学生在不懂实验原理的情况下，依样画葫芦也同样完成了实验。部分学生在做完实验后还是知其然，不知其所以然，完全处于被动地位。没有起到实验教学应该起到的作用。
3.实验报告和实验评分。合理的成绩评定方法是客观评价教学质量的一个指标。传统的实验考核成绩主要由实验报告和期末考试决定。但由于传统的实验内容和实验方式的限制，依靠实验报告和期末考试的评分方式无法全面评价学生是否掌握了实验原理、技巧、以及实验过程中的表现，有失公正、全面的评分原则。
二、设计性实验教学必要性
验证性实验是加深对理论知识的理解，仅仅是验证性的基础实验不利于提高学生的综合素质，不能适应后继课程和当前的经济时代对人才培养的迫切需求。设计性实验则要求学生在掌握牢固的基础知识后，运用一种或多种方法完成教师给定的实验。教育部在《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》明确指出：“设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件由学生自行设计实验方案并加以完成的实验”。设计性实验在实施的过程中，很明显的产生了以下几个特点：
1.发挥了学生实验积极性。在数字电路的设计实验中，实验教师只是给定了实验的课题，考虑到学生个体的差异，教师根据课题的实际情况，对部分设计性实验课题给出了原理性框图。设计实验并不规定实现课题的方法和手段，学生可以在教师的指导下，自主选择实现实验器材、方法和手段。学生必须自己查阅资料，规划实验过程和方案，设计实验电路，主动询问教师。学生在实验的过程中处于主动的学习状态。例如课题：晶体管图示仪用的三角波锯齿波发生器设计。该题可以用常规的模拟电路实现，也可以用数字器件加上部分模拟器件设计出性能更稳定的电路。学生在接受设计课题后，首先是要查找资料，了解图示仪工作原理，查找三角波锯齿波发生器各种设计方法。充分调动了学生实验的积极性。
2.在实验方法上的多样性。设计性实验的课题是明确的，但是并不规定实现课题的方法。不同的学生有不同的思维方式。当多个实验小组在选择了同一个实验课题时，各个实验小组会有不同的实验方法。在设计性实验的过程中，充分的发挥了人的创造性思维，也就是最大限度地调动了积极性。例如：在实现图示仪中用的锯齿波三角波发生器电路设计时，可以采用555电路作为CLK信号，对数字电路的计数器进行计数，通过运放产生锯齿波和三角波的设计方案。但是也有同学用555电路作为振荡器，使用三极管对555波形输出进行积分，从而直接产生三角波锯齿波的实验方案。
3.实验内容的探索性。部分的设计性实验课题，实验中包括了一定含量的探索性质。这部分实验课题适合于部分基础好求知欲旺盛的学生。对于这部分的学生来说，是参与教学科研早期结合的一种重要形式。能激发学生对科学技术的好奇心和求知欲望。例如：课题《简易四踪示波器》的实验，是在普通示波器上同时显示四路数字信号。在设计时除了数字电路的知识外，还应具有简单的单片机知识和示波器原理方面的知识。要完成实验，则必须要对单片机和示波器方面的知识进行探究。这个过程也是培养学生对知识探究能力的有效途径。
4.实施设计性实验教学法的效果。现代的教学理念更应注重于学生能迅速发现问题并解决实际问题的能力。从对本系2009级设计性实验教学的效果来看，设计性实验教学法在理论和实践相结合的实际效果以及调动学生主动学习的积极性方面，有了很大的改善。增加了设计性实验教学后，尽管学生在实践的过程中会遇到很多的问题，但通常学生都会主动地查资料，找老师讨论，会自主地通过各种途径去完成项目，使得以往单调的学习过程变得生动起来。
三、设计性实验教学法的实施
我们在实验教学的过程中，并不是完全否定传统的验证性实验，设计性实验教学法的教学应该有层次的推进。从对我院09级的学生实施设计性实验教学法来看，在实施设计性教学法时，应注意四个重要的环节：①改进和精简传统性的基础实验。②设计性实验中，设计课题的选择能最大限度的复盖数字电路知识点的课题。③选择带有探索性实验的课题。④建立合理的实验评分规则。
1.验证性实验项目的训练。对于刚从理论课堂上转入实验室的学生来说，传统性的基础实验在数字电路实验教学中的作用不可忽视。它能加深和巩固理论知识，学生能在进行验证性实验的同时适应实验仪器使用技能，数据处理方法等。但是传统验证性的实验要加以改进，在对某一知识点进行验证后，要求学生进一步深入，生成建构新的知识。例如：门电路外部特性测试：①在按实验指导书对输入电平、电流、负载和空载情况下的电平、电流进行了测试。②给出电压传输特性曲线的定义，要求学生测试出该门电路出电压传输特性曲线。3.要求学生从电压传输特性曲线解读出门电路的几个参数。允许学生查阅资料，描述出参数的物理意义，举例指出此参数在实际使用的场合和注意事项。传统的验证性实验要少而精，教师不应过多的进行讲解。重要的是要求学生在课前进行预习。
2.实验课题的设计。该阶段以设计性实验为主线，教师从知识的传输者变为指导者，学生从知识的被动接受者转变为知识的主动建构者。设计性实验的宗旨是为了锻炼学生运用基础知识的能力，拓宽学生的视野，引导学生对理论课程进行比较深入地探究。在进行实验课题的选择时，我们注意了以下几个方面：（1）选择复盖数字电路知识点多的课题。设计性实验的要点应紧密的结合数字逻辑电路的重要概念、原理、技巧等展开。适当的增加一定量的模拟电路和传感器方面的应用知识，以增强学生对实验课题的系统性认识。教师在备课时要仔细的研究实验课题，精心组织实验内容，撰写实验任务书，使学生对实验课题有一个清晰的认识。（2）实验课题的可选择性。由于学生个性上的差异，在设计实验课题的设计上应该分为几个层次。我们的做法是分为基本型课题，提高型课题和探究型课题。基本型课题的难度不应低于验证性实验。提高型设计实验的课题是以数字电路为主，传感器和模拟电路为辅。探究型课题一般是在提高型的基础上，需要另一门学科的配合，例如需要单片机控制等，探究性课题适合于个别的基础非常好的学生。（3）工作量和难易程度要适合。设计性实验的课题工作量和难易程度要适中。课题的设计可以多样性，课题要尽可能采用统一的模板，包含学习的目标，各阶段要达到的目标和时间节点，参考资源和评价标准等。例如：锯齿波阶梯波发生器电路设计（提高型课题）。（1）教师和学生共同讨论和分析通用晶体管图示仪的扫描信号和阶梯信号，可以得出有以下几个缺点：①使用了50HZ的低扫描频率，显示的特性曲线闪烁比较严重。②X轴扫描为正弦波，线性度差。③波形变换电路复杂。（2）课题的任务是设计一个基于数字逻辑电路的锯齿波和阶梯波信号发生器。通过555定时器产生同步的X轴扫描锯齿波和Y轴扫描阶梯波。克服使用50HZ扫描频率低带来的缺点。③比较以上二个方案，得出二个电路的性能、成本等优缺点。基于数字电路的锯齿波阶梯波发生器电路，它所包含的数字电路有：①振荡器；②加法器；③数模转换器；④运算放大器等电路。包含了数电的重要知识，模电中的运算放大器知识也得到了灵活的运用。加深和巩固学生数字电路的知识，拓宽学生在仪器原理、模拟电路等方面的视野等。
3.设计性实验教学的评分机制。正确合理的实验教学的评分机制，能够规范学生的实验过程，激发学生的实验兴趣。在设计性实验指导的过程中，由于设计性实验的方案、过程、实验的元器件等各不相同，由此而增加了实验考核的难度。为使设计性实验教学的顺利进行，要注意以下的几个问题。①制定统一的考核标准。在设计性实验考核的过程中，要制定统一的考核标准，避免实验教师间不同的考核标准，挫伤了学生的积极性。在考核同一设计性实验课题时，各教师间要互相通气，防止学生互相抄写实验数据和实验报告等作弊现象。②建立合理的考核分数比例。实验教学的评分是教学中重要的环节。在评分的机制上重视实验课题的实现过程，淡化考试成绩的比重。在考核分数的比例方面，我们认为实验过程的考核占50%，期末考试占30%，实验报告15%、实验室纪律方面占5%。③实验过程的考核。占50%实验过程的考核，把设计课题分为基本分、性能优异分、创新分三大部分。对提高题而言，如果课题设计达到了基本功能，实验报告叙述正确为基本分。课题中的电路设计合理精炼，电路排列合理、实验报告格式规范、叙述精简合理为性能优异分。采用了新技术（数电课程以外的技术）或者有所创新为创新分。评估采用了自评、学生互评和教师评相结合，评分时公开透明。考核时要求学生现场演示和答辩，提问并要求学生解释部分实验数据。目的是使能力培养回归到平时的实验过程，提高学生的责任感和学习的主动性。
通过大二时期的数电设计性实验训练，为学生在对课题的设计，电路的调试等方面打下了规范的和扎实的基础，在参加电子设计等竞赛时，学生在拿到课题先做什么，该做什么等一套规范的设计过程非常清楚，其优势就很明显的凸现出来。实验教学在培养学生实践能力和创新意识方面，有着其他教学环节不可取代的重要作用。设计性实验教学把理论、实验、探索有机的融合在一起，改善了教学的氛围，提高了学生的设计能力，使得学生在学习的同时，不但学习到了理论怎样应用于实际，重要的是学生参与了一次完整的研究过程，提高了学生的综合素质。
参考文献：
[1]电子信息科学与电气信息类平台课程教学基本要求[C].教育部电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会.
[2]蔡京玫.项目教学法在在《网络编程》课程教学中的应用[J].电脑知识与技术，2011，（18）.
[3]曹中一.“三性”实验的内涵与特征[J].实验室研究与探索，2003，（8）.
[4]刘芳.浅谈数字电路实验教学中学生设计能力的培养[J].中国科技纵横，2010，（21）.
数字逻辑电路教学 篇12
研究型教学模式是相对以单向性知识传授为主的接受型教学模式提出的,是指教师引导学生创造性地运用知识和能力,自主地发现问题、研究问题和解决问题,在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学模式。为了实现教学当中对学生的创新能力的培养,不仅要培养学生对其所学的重复应用和表达能力,更重要和核心的是能够举一反三、触类旁通以及推广类化的学习能力培养。这种学习能力和方式被称为“知识迁移”,是指一种学习对于另一种学习的影响,是在一种情景中技能、知识和理解的获得或者态度的形成的影响,以及利用所学的技能、知识等去解决问题的过程。学生对这种“迁移”学习能力的掌握,将成为其自主学习和发现、研究问题的重要能力基础。
在《数字电路与逻辑设计》的本科生课程教学当中,笔者在课程的整体过程中贯穿培养学生的“迁移”学习能力,主要包括如下两个环节:
第一,在每个教学单元当中为学生确立明确具体的教学目标。通过每个知识单元明确而具体的教学目标的确立,使得学生对与学习目标相关的已有知识形成关联,促进“迁移”的发生。在《数字电路与逻辑设计》的课程教学当中,每章的教学PPT当中,首先明确整体课程的教学框架和目标,分为“第0章引论;第一章数制与编码;第二章逻辑函数及其化简;第三章组合逻辑电路;第四章时序电路分析;第五章同步时序电路设计;第六章集成数/模和模/数转换器;第七章可编程逻辑器件及其应用”,共8个章节组成,并且明确各章节的内容和相互之间的关系,从而使得学生对课程的框架,亦即他们即将学习的对象的逻辑架构有整体印象。在此基础上,在每一章的教学当中跟学生明确学习目标,并结合学生的已有知识,对教学目标和内容进行简要阐释,以引导学生和自身的先验知识形成联想。如在第一章“数制与编码”的教学当中,首先明确该章节的教学目标是常用数制和编码规则,同时结合学生自身已有的“十进制数制”知识基础,进一步阐述“常用数制”的学习内容和目标。通过课堂反馈可以看出,学生在了解了“常用数制”的学习目标之后,基于“十进制”的已有知识基础,通过对“R”进制的特点进行自主思考和举一反三式的研究,很快较好掌握了二进制、四进制等任意“R”进制。对教学目标的明确,以及和已有知识的关联,通过让学生自主“举一反三”进行类比研究和分析,有利于学生了解概念和特性的适用性,加深学生对原理和概念的理解和把握。
第二,编排有利于促进“知识迁移”的教学内容形式。通过对每个小知识点的促进“迁移”的教学内容形式的编排,从点滴当中引导学生学会如何自主学习。如在“常用组合逻辑模块”的“并行加法器”的教学当中,在阐述完并行加法器的构成和功能之后,留下思考题,引导学生自行构建减法器并阐述功能,让学生在有加法器的构成先验知识基础上,完成对减法器的构建。这一过程一方面促进学生掌握类比分析和研究的学习方法,在掌握的加法器的知识基础上,获得减法器的新知识和新概念,实现知识的有效“顺向迁移”学习,另一方面,在构建出减法器的过程中,对前述加法器的相关概念加深了理解,实现对原有知识的补充和更深入理解,形成对先前加法器知识的“逆向迁移”学习。在这种“顺向迁移”和“逆向迁移”的交织学习过程中,促进学生对加法器和减法器的理解,有效提升学生自主分析的学习能力。另一个典型的有效促进“知识迁移”的教学内容和形式的设计体现在“基于D触发器构建异步2k进制计数器”的教学当中:在讲解完“基于两个上升沿触发的D触发器,将前一级的接到后一级的CP端,构建异步四进制加法计数器”的工作原理之后,引导学生将级联的D触发器推广到3个以致更多的情况,从而让学生自主得出结论:“基于k个上升沿触发的D触发器,将前一级的接到后一级的CP端,将实现异步2k进制的加法计数器”。进一步地,通过引导学生思考和研究“下降沿触发的D触发器”以及“前一级的Q接到后一级的CP端”情况下所实现的功能,使得学生自主得出基于D触发器构建异步2k进制计数器结构的更普适结论:“上升沿触发的情况下,前一级的接到后一级的CP端,将构成异步2k进制加法计数器;前一级的Q接到后一级的CP端,将构成异步2k进制减法计数器。下降沿触发的情况下,前一级的接到后一级的CP端,将构成异步2k进制减法计数器;前一级的Q接到后一级的CP端,将构成异步2k进制加法计数器。”由于这一系列结论的得出,是学生通过自主推导得出,教学效果反映出学生这一知识点的理解较深,掌握较好。进一步地,在后续“基于J-K触发器构建异步加/减法计数器”的教学过程中,通过课堂反应可以明显看出,学生将这一“迁移”学习过程的经验,有效地进一步推广到了基于不同触发器的异步计数器的构建当中,体现了教学内容和形式的编排对学生学习能力的提升。学生通过前面基于D触发器构建异步计数器的学习过程中对“迁移”学习方式的掌握,基于对D触发器在不同条件下构建不同功能计数器的多个例子,对异步计数器构建的本质特征进行了提取和理解,并将这一提取的本质特征推广至基于J-K触发器构建的情况,实现了有效的“迁移”学习。通过这种促进“知识迁移”学习的教学内容和形式的编排,一方面将举一反三的“迁移”教学融入到课堂的点点滴滴当中,有效培养学生的自主学习能力,另一方面,促进了学生主动参与教学过程,形成了主动、活跃的课堂教学气氛;从这两方面,有效地提高了教学质量,促进了学生学习能力和方式的培养。
第三,注重培养学生的主动“迁移”意识,形成学生的自主学习和创新能力。在教学过程中可以发现,学生在具有知识“迁移”所必需的经验的情况下,如果缺乏主动“迁移”意识,仍然难以发生有效的知识“迁移”,形成有效的创新学习。要想形成学生的主动“迁移”意识,一方面需要在教学过程中有意识地引导学生注重自主促进“迁移”学习,注重塑造学生的良好个性,如积极主动性,对新情境的主动探索精神和自信心等;已有研究表明,良好的个体条件将非常有利于促进学生“迁移”学习能力和创新能力的形成。另一方面,需要在教学的过程中塑造“迁移”学习的环境(比如编排能够形成知识“迁移”情境的教学内容形式),同时加强对学生“迁移”能力的训练和教学。“迁移教学”非常强调一般和具体的整合,即在具体的学习活动中或结合具体的学科来训练具有广泛适用性的一般技能。如在通过“十进制”迁移学习“R进制”的过程中,在引导学生完成这一迁移的过程之后,提示学生对这一有效的学习过程进行经验总结,让学生自主得出这种“迁移”学习非常有利于他们在已有知识的基础上去学习和理解新的东西。在后续“构建异步2k进制计数器”的教学时,提醒学生回想通过“十进制”迁移学习“R进制”的过程,并引导学生思考如何将这一学习方法运用到“构建异步2k进制计数器”的学习当中,使得在多次的“迁移”学习的实践当中掌握这种学习方法和策略。通过这种反复加强的“迁移”学习方法的训练,使得学生真正意义上地掌握自主“迁移”的学习能力,不仅对《数字电路与逻辑设计》课程的学习效果加强,而且能够把这种学习方法和能力运用到他们的其他学习和工作当中。
在信息化、创新化时代,高等教育培养学生的自主学习和创新能力已经成为共识。知识“迁移”教学方法的实践,为研究性教学方法的实施提供了有益尝试,其通过在本科生课堂教学当中,确立具体的教学目标,并和学生的已有知识形成有效关联,编排促进“知识迁移”学习的教学内容和形式,注重培养学生的主动“迁移”意识,实现对学生自主学习能力的培养,从而为本科生创新能力的培养提供重要基础。
参考文献
[1]中共中央文献研究室.习近平关于科技创新论述摘编[M].北京:中央文献出版社,2016.
[2]胡志忠,王成华.“电子线路”研究型教学模式探索[J].电气电子教学学报,2007,(6):82-84.
[3]赵韩强,赵树凯,余沛明.浅谈研究型大学的研究型教学模式[J].高等理科教育,2007,(3):101-104.
[4]陈琦,刘儒德.教育心理学[M].北京:高等教育出版社,2011.
[5]臧春华,郑步生,刘方,崔晓平.现代电子技术基础(数字部分)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[6]周耀烈.思维创新与创造力开发[M].杭州:浙江大学出版社,2008.
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