冯志斌，江华丽

（1.闽南科技学院，福建 泉州 362332；2.厦门理工学院 光电与通信工程学院，福建 厦门 361024）

0 引 言

高校教学方式的探索与改革是教育领域值得关注的话题，融合互联网技术开展教学方式改革是一种新模式，是提升教学质量的重要手段。慕课教育最早于2008年在加拿大开始出现，随后美国斯坦福大学发布关于人工智能导论的免费慕课，吸引了全世界的关注。至2012年，世界各地的高校纷纷加入慕课教育的探索和实践中。中国高校于2012年开始加入对慕课教育的探索和实践，近十年来得到了快速的发展，涌现出学习通、中国大学、智慧树等公共在线平台；部分高校还自主或联合研发在线平台，如清华大学的“学堂在线”和阿里与北大联合打造的“华文慕课”平台等。受新型冠状病毒肺炎疫情的影响，教师们通过学习通、中国大学、智慧树等平台对学生进行线上教学，这是慕课教育探索成果的一次展示。慕课教育有利于优质教育资源的整合与分享，促进教育公平化发展。

如何运用互联网技术更好地引导学生完成理论教学和实验教学，如何将理论教学和实验教学结合，如何采取混合式教学是每一位教师都应该思考的问题。本文以《数字逻辑电路》为例，该课程是我校计算机和电子信息工程等工科专业的必修课，其课程任务是使学生掌握数字电子技术的基本理论和基本知识、数字逻辑电路的分析和设计方法。该课程内容具有前沿性和时代性。

1 线上理论课程教学

《数字逻辑电路》课程着重讲述了半导体器件、TTL和CMOS逻辑芯片、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、数模和模数转换等内容，课程共计48学时，其中包含24学时的实验。本课程理论部分采用学习通平台，建设《数字逻辑电路》课程资源，包含各章节视频学习、课程作业、课程资料、课程考试、课程小测等部分，教师可进行课堂测试，系统会自动对测试评分，发布作业，学习通平台数据分析全面，有利于教师全面掌握学生的学习情况。课程录制可采取PPT录频录制方法，较为方便，可以录制屏幕图像和声音，教师可以出镜。作业讲解可采用手机直接录视频的方法，效果较好，边写边讲，把握重难点，力求短小精悍，每个小视频控制在20 min以内，学生学起来不会烦躁。课程结合“问题式”教学法，以问题为教学主线，通过讨论学习与讲解测试，帮助学生理解学习内容，构建系统的知识体系，增强分析和解决问题的能力。该课程考核作业情况占10%，课堂互动占10%，课程音视频占10%，章节测验占20%，讨论占10%，期末考试占40%。图1为各课程章节设置，将每个章节知识细化并录制短视频，针对学生提出的问题录制答疑视频和作业解答。课后布置一定的作业，要求学生手写拍照上传，避免学生利用电子文档相互拷贝，老师会及时批改并进行答疑，尤其对错误较多的题目进行重点讲解，学生能够主动与老师交流，整体教学效果不错。

2 虚拟仿真实验教学

通过实验辅助教学让学生更好地理解理论知识是一种常用的教学方法。传统实验通过实验箱搭建电路，学生因对硬件不熟悉，常因漏接甚至错接电路造成芯片烧毁，导致实验耗材损耗多，实验设备维护费用增高；受实验室场地和实验课时限制，学生往往只注重实验结果，忽略对实验过程的思考；实验室芯片种类有限，不能实时更新，特别是疫情防控期间，需要避免人员聚集，限制了创新性实验的开设。虚拟仿真实验平台可以很好地解决这些实验教学问题。本课程实验采用Proteus软件作为虚拟仿真实验教学平台，该软件是英国Lab Center Electronics公司出版的一款EDA工具软件，不仅可用于模拟/数字电路仿真，还支持单片机及其外围电路的协同仿真。学生在电脑上安装好软件后便可以灵活搭建电路，课后自由设计创新性实验，充分发挥主观能动性和创造性。表1为数字逻辑电路虚拟仿真实验内容，分为基础性实验、设计性实验和综合性实验，其中基础性实验和设计性实验必须完成，综合性实验则选择性完成；同时，鼓励学生充分发挥创新意识，自主设计功能并实现。学生按要求完成实验内容后撰写实验报告，提交电子文档即可。

表1 数字电路虚拟仿真实验内容

3 实验案例分析

设计一个自动游戏投币控制电路。实验要求：每次只能投一个1元或2个一元的硬币，投满4元后游戏启动，若有余钱也同时找回。

设计思路：该设计为时序逻辑电路的设计。时序电路的设计是根据设计需求，满足输入和输出变量的时序问题。首先要进行逻辑抽象，化简的重点是要消去多余的状态。然后选取触发器类型，根据实际应用选择触发器，每种触发器的特性和适用范围不同，选择最适合的触发器进行设计。触发器选择完以后，计算驱动信号方程。最后按照确定好的驱动信号、输出信号进行逻辑图的绘制，注意要检查电路是否能够自启动，如果电路陷入无效循环，则必须重新修改逻辑图。从状态转化图中进行重新修改设计，使电路能够重新回到有效循环，或者通过卡诺图设计，把无效状态拉回到有效循环的其中一种有效状态。

（1）搭建电路：首先进行状态分析，在自动游戏投币控制电路中对两个不同的输入信号进行状态赋值：投入1元用=1表示；投入2元用=1表示。游戏开始用=1表示；找回零钱1元用=1表示；用表示已有0元（原始状态）；表示已有1元；表示已有2元；表示已有3元。具体状态转换如图2所示。其中，当=1且=1时为约束项，表示两种硬币不能同时投下。

图1 课程章节设置

图2 状态转换

（2）确定表达式：根据图2所示的状态转换情况进行分析，列出系统的状态方程和输出方程，如式（1）、式（2）所示：

（3）选择触发器类型：根据式（1）、式（2），选用JK触发器并求出电路的状态方程和驱动方程，如下所示：

（4）根据驱动信号方程连接电路进行虚拟仿真，如图3所示。点击运行，按要求操作便可从LED指示灯上观察到实现效果；也可以从Proteus软件中自带的逻辑分析仪中观看输出波形，如图4所示，逻辑分析仪可以非常清晰地显示每一时刻输入信号和输出信号的逻辑状态，将输入和输出数据记录表格，完成实验报告。

图3 仿真原理

图4 示波器输出波形（CLK、A、B、Q1、Q0、Y、X）

4 结 语

传统的线下课堂教学以教师讲解为主，可以与学生积极地互动；但受课时限制，知识很难深入探讨，学生处于被动状态，一时很难消化知识难点，课后需要花费大量时间巩固。线上课程教学打破了时间和空间的限制，学生可以错峰登录学习平台，通过反复观看教学视频来理解知识；还可以下载丰富的学习材料。教师可以通过学习通、微信、QQ等软件对学生进行线上答疑。线上课程可以帮助学生以解决问题为主线，改善学习效果，让学生处于主动学习状态，真正实现“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。虚拟仿真实验平台培养学生独立自主动手能力，能够将知识运用于实际应用中，解决工程项目实际问题，有效地提高学生的科学研究和系统设计的能力。事实证明，采用线上理论教学和虚拟仿真教学是有效的。如何更好地运用互联网信息技术进行混合式教学、丰富教学内容、提高教学品质、打造一流的金课是教师的使命和责任，这次疫情让大家停下脚步进行教学反思。“停课不停学”在线教学面临诸多的挑战，也迎来了难得的机遇。