“数字电子技术”课程的探究式案例教学

2015-04-26冯晓磊

电气电子教学学报 2015年6期

李健，李智，冯晓磊

(四川大学电子信息学院，四川成都 610064)

“数字电子技术”课程是电子类专业的一门基础必修课程，与后续诸多专业课程密切相关，在课程体系中有着重要的基础性地位。然而，由于传统的教学方式只注重教师讲授，学生被动地学习以及实践部分薄弱且效率低下，教学效果并不理想。为此，笔者提出了基于探究式案例教学的“数字电子技术”课程改革方法。通过该课程改革，将理论和实践相结合，引入自拟题目实例仿真，使学生自己进行设计仿真，将学生被动学习转变为主动学习，从而提高学生学习效率和质量。

1 课程的探究式案例教学

“数字电子技术”课程的探究式案例教学，是指通过从实际生活中发现问题，然后解决问题，进而熟练掌握理论知识，并且通过学以致用，让学生意识到这门课程的用途和重要性，激发其学习兴趣和热情。具体地说，就是在课堂上引入实例，作为讲解理论知识的主线;并且在课外让学生自己找与所学理论知识相关的实例，然后进行设计仿真。通过引入实例，将理论和实践紧紧联系在一起，让学生在学习的过程中了解到课程的有用性和工程的系统性。虽然探究式案例教学和案例教学都是引进实例，但是两者有很大的不同。案例教学仅仅是讲授方式有所改变，学生大部分时间仍然处于被动的学习状态［2，3］。探究式案例教学除了在课堂内理论知识讲解中引入案例对学生进行引导之外，在课堂外还给学生布置一些自拟题目的实例仿真作业，引导学生自主学习，较之前者，此举会进一步提高学生的学习效率。

2 探究式案例教学的实施过程

探究式案例教学的实施过程主要分为三个阶段:课内，课外和考核。在课内，除了理论知识的讲解之外，笔者会增加实例仿真的环节。在课外，配合课内学习，布置自拟题目的实例仿真。图1给出探究式案例教学实施过程的框图。

图1 探究式案例教学实施框图

2.1 课内理论知识讲解

课堂上，除了对知识的讲解之外，探究式案例教学增加了Multisim仿真和实例设计仿真两个部分。考虑到“数字电子技术”课程的特点，教师在每章节最后，通过Multisim仿真演示，对内容进行总结，加深学生对所学知识的理解。例如:引入7段数码管的显示仿真。

笔者使用的教材为文献［4］，该教材部分章节结尾有“Application Systems”部分，该部分主要讲解所学知识的实际应用。利用此部分笔者引导学生将所学知识应用到实际生活中。例如教材第五章“Combinational Logic Analysis”末尾，讲解实例应用“Tank Control Logic”。它首先分析Tank的工作原理，然后列出输出端和输入端之间的真值表，进一步列出逻辑表达式，通过化简得到最简式。最后画出逻辑电路图并仿真。通过该详细过程，让学生对组合逻辑电路的设计思路有整体的把握，并且使学生对如何列逻辑表达式以及逻辑表达式的化简进行复习巩固。

笔者通过教材中的这一实例给学生一个引导和启示。让学生根据教材上提到的例子，进行简单的变形之后的仿真训练。让学生有了“学以致用”的体会，使其产生自主学习的动力。

总之课堂上知识讲解部分搭配的仿真，主要包括两个部分:纯理论性验证仿真和教材给定的实例仿真。这些仿真，很大程度上提高了学生在学习过程中的参与度。

2.2 课外实例设计仿真

为了进一步增加学生的学习参与度，使学生更多的投入到学习中，笔者增加了课外实例设计仿真环节。给学生布置自拟题目的实例仿真作业。该作业要求:①尽可能多应用课堂上所学知识;②题目从实际生活中选择;③要求以小组为单位完成，并细分每个成员负责的部分。

通过前段时间的训练，教师可对学生按照知识掌握程度进行等级的划分，每个小组必须由属于不同等级的学生组成。以4个等级为例:从1到4，学生的知识掌握程度依次变差。每个小组都由这4个不同等级的学生组成，位于等级1的学生作为组长。组长负责给每个组员分配工作，召集组员进行讨论问题。该分组方式可以有效地避免程度好的同学聚集的情况，程度好的学生可以对程度不好的学生进行指导和帮助。在指导和帮助过程中，程度好的学生加深了对知识的理解，程度不好的学生也有进步。

学生选择的题目包括浴室刷卡系统，电子密码锁，停车场车辆检测系统等。这里主要以密码锁为例，讲述学生完成自拟题目实例仿真的过程。首先，学生自拟题目。由于密码锁弥补机械锁安全性不高的缺点，因此被广泛应用于防盗技术。其实用性已为大家所熟悉，有学生选择密码锁作为题目很自然。其次，通过分析画出功能框图，如图2所示:

图2 密码锁系统功能框图

然后，选择器件。学生对框图中每个部分器件选择如下:①密码输入，选择矩阵键盘，矩阵键盘由4行3列共12个按钮组成，其中包含0～9十个数字密码输入按钮及“确定”和“清除”按钮;②密码显示，考虑到安全性，采用暗文密码，即数码管显示“*”;③密码比较。用户通过输入按键开始输入密码，产生一个脉冲信号，使三态门输出为高阻状态，这样输入密码与设置密码便巧妙分离。应用74ls85比较器对输入密码和设置密码进行对比，将比较结果送入“串行输入、并行输出”的74HC164移位寄存器。六位密码输入完毕，按下确认键。为防止多次尝试开锁，还增加记录输入错误密码的次数的功能，当输入次数超过3次，整个电路被锁定。④利用器件画出原理图并进行仿真。

为了能够了解学生对于自拟题目实例仿真的认可度，也为接下来的教改工作提供反馈信息。笔者对学生反馈总结如下:①学生在完成这个实践性练习的时候，对理论知识有了更深入的理解;②激起学生尝试自己动手的热情;③自拟题目促使学生用自己的方式和思路解决问题;④在自己解决问题的过程中，使学生勇于创新，开拓思维;⑤学生感觉到理论知识并不是纸上谈兵，确实是可以学以致用的。