方健 罗熙

[摘           要]  以高职院校电类专业数字电子技术课程中组合逻辑电路的竞争与冒险现象的教学过程为例，探讨如何利用Simulink仿真技术将“教”“学”“做”三个教学环节融为一体，使学生参与这三个教学环节不受教学空间的限制，并探讨利用Simulink仿真技术评价教学效果的方法。

[关    键   词]  仿真技术;数字电子技术;逻辑电路

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2018）35-0132-02

数字电子技术作为高职院校电类专业的一门专业基础课，所涉及的知识面广，并对学生的理解和掌握程度有较高的要求。然而，目前高职院校电子技术的教学工作普遍存在重理论而轻应用、重讲解而轻实践的弊端。高职院校的学生往往存在理论分析能力较弱、动手能力强的学习特点，传统的教学模式往往会使学生对各种门电路、常见芯片的认识仅停留在课本[1]。本文以数字电子技术中组合逻辑电路竞争与冒险现象的教学过程为背景，探讨利用simulink仿真软件实现数字电子技术教学过程“教学做”一体化模式的方法。

一、传统教学模式的不足

目前，高职院校电子技术的课堂教学往往以理论教学为主，需要在教室完成;而实践教学往往以硬件实现为主，需要在实验室中完成，从教学空间上难以实现“教、学、做”一体化。实验部分的教学内容，往往对学生将所学知识综合应用的能力要求较高。学生通过传统教学模式，往往能够理解所用逻辑元器件的工作原理，学会常见芯片的接法，在一定程度上提高动手能力，对知识技能的掌握并无较大的促进。

数字电子技术课程中，组合逻辑电路的竞争冒险现象以及其消除方法，是课堂教学中的一个难点，在理解概念的同时，考查学生逻辑电路的分析和修改能力，这种能力的培养一直以来是传统教学模式难以突破的一个问题。教学过程中，理论课着重讲电路的工作原理，虽然允许学生用笔、纸设计逻辑电路，但运行结果并不直观;实验课告知学生需要仿真的实验电路，学生只需根据电路在实验箱或面包板上搭建电路、实现逻辑函数，通过发光二极管或示波器等验证结果，实验电路固定、实验方法固定，不能由学生设计或修改。

因此，竞争冒险现象的观察、消除冒险现象后电路的输出、修改逻辑电路设计的实施过程，学生可参与修改和完善的实践环节较少，无法体现“教、学、做”一体化中“做”的内涵。“做”是需要学生在实践中不断探索，修改电路设计，完善逻辑电路的功能，最终解决电路中存在冒险现象这一问题。应当有一种允许学生灵活设计且允许学生犯错误的教学载体，学生对竞争冒险现象的理解、冒险现象消除方法的掌握程度，就在这一次次的修改完善中得到提升。

二、利用simulink仿真技術解决电子技术中的教学问题

（一）丰富“教学做”一体化的载体

组合逻辑电路的竞争与冒险现象以及其消除方法，是组合逻辑电路教学内容中的一个难点。本文以一个存在冒险现象的逻辑函数表达式为例：

Y=AB+BC

这是一个存在“0”型冒险的逻辑电路，冒险现象产生的原因，是由于电路中“非”门的延迟。通过静态教学媒介很难直观地说明这一问题，难点在于“非”门的延迟作用不能直观体现在运算结果当中。

为了直观的显示出上面表达式所示逻辑电路的冒险现象，教师可利用Simulik中的Logic and Bit Operations库和Math Opera-tions库，其中有大量的逻辑模块可供调上卖弄用，包含常见的各种逻辑门电路，输出波形可采用scope模块观察[2]。下图所示为利用Simulik中的逻辑模块，根据上面的逻辑函数表达式搭建的仿真电路。为了体现出实际电路中非门的延迟特性，教师可在非门前串联一延迟环节，进行这项操作时，可再次使学生强化这样的认识：非门导致信号延迟，是产生竞争现象的原因。

存在“0”型冒险的仿真电路图

Simulink中库函数的灵活调用，极大的丰富了“教、学、做”一体化模式中的信息化教学载体，学生可以简单地拖拽逻辑模块，根据教师所“教”的逻辑电路连线，搭建出一个可以随时观察输出结果的仿真电路[3]。学生搭建出的仿真电路也可作为学生“学”的载体，学生可调节本案例中非门的延迟时间，观察得到冒险现象产生相同的时间，强化对冒险现象产生原因的认识。学生还可以修改电路的组成，利用自己设计的方式搭建新的逻辑电路，探讨消除冒险现象的方法，在示波器中即可观察到电路输出结果是否与预期一致，做到“做中学、学中做”，体现职业院校的教学特色。

（二）提高“教”“学”“做”三者的融合程度

组合逻辑电路中冒险现象的消除方法是教学过程中的一个难点[4]。其中最难理解的是增加冗余项的方法，具体的实施过程本文不进行详述。增加冗余项后，上面式子的逻辑函数表达式变为：

Y=AB+BC+AC

教师在推导出此逻辑函数表达式后，借助常规教学媒介无法直观地验证此式是否能够消除冒险现象，只能用抽象的方式予以描述。然而，对于分析和计算能力较弱的高职院校学生，以抽象的方式讲解冒险现象消除这一抽象的结果，是最容易导致学生畏难情绪的教学方法，simulink仿真技术可协助教师突破这一教学难题[5]。

为了避免增加冗余项方法引入的过于生硬，教师可通过讲授引导学生思考：卡诺圈相切将导致两个加法项分别存在同一逻辑变量的原变量和反变量，进而引出如何消除卡诺圈相切现象的问题。学生可自行探讨消除卡诺圈相切现象的方法，且不能改变原电路的正确输出结果，这些探究过程都可以在simulink仿真平台上予以验证，使“做中学、学中做”的教学模式贯穿在学生探究这一问题的过程当中。

根据学生对存在冒险现象电路的探究，组织讨论或利用信息化教学平台收集学生的探究结果，有的放矢的引入增加卡诺圈消除卡诺圈相切现象的方法，学生通过教师的介绍，可以完成冗余项的求解。由于simulink中逻辑电路的修改非常简便，教师可鼓励学生求解出冗余项。相比传统的解题式的教学方法，这里多了一个可以轻松验证学生求解结果的仿真平台，能够一定程度地提高学习的趣味性、激发學生求解问题的动力。这也体现出“教”与“学”的融合。

学生验证自己求解的冗余项的正确性。如果学生正确求解出图中存在冒险现象的逻辑电路的冗余项，学生即可搭建出逻辑电路，运行结果将告知学生，无论如何调节非门的延迟时间，输出信号都不再出现“0”型冒险;如果学生求解冗余项的结果错误，输出信号也会出现各种错误，学生排查错误，求解新的结果的过程，也是其提高冗余项消除冒险的方法熟练程度的过程。这一步也充分体现出“做中学、学中做”的先进职业教育理念。

（三）丰富教学效果评价的方式

传统教学模式中，教学效果评价往往以解答纸质试卷或在线答题的方式完成。对于高职院校的学生而言，他们中的大多数学生都经历了高考的失利，相比于本科生，高职院校的学生更加畏惧甚至抵触这种以考试评价学生学习效果的评价方式[6]。在Simulink仿真软件中，学生设计的仿真电路可以保存为.slx类型的文件，借助信息化教学平台，即可及时上传给教师。这种提交文件的方式给学生的感觉更像是提交自己的作品，避免了考试形式的效果评价。教师通过学生提交的slx文件，也可直观判断出学生对本节知识的掌握情况，以下几种判断标准可供教师参考。

（1）完全掌握是指学生提交的slx文件中，能够设计出正确的逻辑电路，并能得到正确的运行结果;（2）对冒险现象产生原因的认识不清，多数学生会出现提交的文件中遗漏非门前延迟环节的现象，这是为了模拟实际非门电路工作时间的一个假想的模块，丢掉了它就意味着学生并没有进行相应的探究;（3）未掌握求解冗余项的方法，这类学生提交的文件往往不能得到正确的运行结果，但修改前的逻辑电路正确作出，说明对冒险现象的产生认识到位;（4）抄袭等学习态度问题，常会出现学生提交的文件夹中slx文件未修改其他同学的文件名，或做出的电路连线和元件的位置完全一致。

三、小结

数字电子技术是高职院校电类专业的一门至关重要的专业基础课，如若教学效果不理想，不仅会影响学生对后续专业课的学习情况，更会导致学生学习的主动性下降，进而养成不良的学习习惯、厌学甚至抵触自己所学的专业。利用simulink仿真技术，不仅可以提高课堂的趣味性、学生的参与度，更能极大程度地融合教学过程中“教”“学”“做”三个重要环节，没有教学空间的限制，更避免了实验教学与理论教学相脱节的弊端。学生仅需一台电脑，就可在教师指导下灵活的参与“教”“学”“做”三个教学环节，也为教师提供了一种不同于考试的效果评价方式。

参考文献：

[1]杨春玲，朱敏，张岩.数字电子技术基础研究性教学方法的探索与实践[J].中国大学教学，2014（2）：58-60，74.

[2]谢晖.Matlab在数字电子技术教学中的应用[J].贵州师范学院学报，2012（12）：77-81.

[3]范向宇.如何突破《数字电子技术》一体化教学的瓶颈[C].中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集（上册）//天津：中国职工教育和职业培训协会秘书处，2013.

[4]刘亚丽，方健，李怡.组合逻辑电路设计中引入实例教学的探讨[J].信息与电脑（理论版），2017（16）：227-228.

[5]方健，刘亚丽.计算机仿真技术在数字电子技术教学中的应用探讨[J].通讯世界，2017（23）：362.

[6]万毅.《数字电子技术》实践教学评价体系和评价方法的研究[J].实验科学与技术，2013（5）.