丁伟 石会 吴元亮 黄颖 马丽梅

陆军工程大学通信工程学院 石家庄 210007

0 引言

数字电子技术现已广泛应用于现代数字通信、雷达、数字计算机等高顶尖领域。陆军工程大学数字电子技术、电子技术基础等课程是通信工程、网络工程专业学生的专业基础课程，主要介绍数字电子技术的基本概念、基本理论、基本方法和应用，具有技术发展快、涉及知识点多、实践性比较强等特点，是学生学习现代电子信息技术、了解电子装备基本原理、培养科学创新精神以及提高综合素质的重要途径。

在新的人才培养方案中，上述数字电路课程的学时都被不同程度缩减。在教学实施过程中，课程信息量大但课时少、学生个体差异大等问题，给学生数字电路的学习与课堂交流带来极大的不便。为贯彻习近平主席提出的新时代军事教育方针，落实“培养德才兼备的高素质专业化新型军事人才”教育目标，积极对数字电路教学进行改革和探索。

1 教学内容和模式的改革

1.1 教学内容的精选与优化

教学内容的改革是教学改革的核心，以学生为中心，筛选、优化教学内容，以现代数字电子技术的基本知识、基本理论为主线，删繁就简，将数字电路课程的理论知识讲授与实践操作有机结合，培养学生的理论学习能力和实践技能。

数字电路课程的基本理论包括逻辑代数等基础知识、集成逻辑门等常用器件以及常见数字电路的分析和设计方法，其内容主线图如图1 所示。

图1 数字电路教学内容主线图

其中，基础知识精选常用数制、编码和逻辑代数部分内容，弱化抽象的运算定律和规则，避开烦琐的公式转换和化简，减小因学习基础差异带来的影响。

教学中，从逻辑门、触发器以及功能模块等常用器件入手，引入基本概念和器件的基本功能；精选与军事装备和应用有关例题，如表决电路、全加器、任意进制计数器等应用电路，引导学生利用基础知识和器件特性来分析和设计电路，帮助学生了解数字电子技术的特点和应用，提高数字电路分析和设计的能力。

数字电路实践性很强，数字电路实验对学生理解和掌握数字电路的理论知识和实践技能有至关重要的作用[1]。优化实验教学内容，按照先易后难、循序渐进的教学规律，保留实验仪表的使用方法、基本逻辑门和中规模器件测试等必要的基础验证性实验，增加表决电路、加法电路和计数器等常用的设计性实验，提出24 小时计数器、交通灯和抢答器等有难度的综合性实验。通过构建多层次实验教学，帮助学生摆脱模仿连线的低阶操作，鼓励学生独立分析、解决问题、完成实验的高阶操作，从而提高学生的实践能力，培养学生的创新精神。

1.2 教学模式的混合与综合

开展数字电路线上线下混合式教学模式改革，将传统课堂教学与在线网络教学平台相结合，优势互补，实现教学效果最大化[2]。

课前，发布预习视频、课件和教材，引导学生自主学习；布置预习问卷，通过在线学习平台收集学生问题、掌握预习效果。课中，针对存在的问题，采用不同的教学手段答疑解惑。课后，学生在线提交作业，教师借助在线网络教学平台批改作业、统计正确率并形成作业平时成绩。

通过混合式教学在课前、课中、课后与学生加强互动，激发学生的求知欲和探索欲，引导学生学会发现问题、分析问题、解决问题的方法，将能力培养贯穿整个教学过程。

根据课程内容与教学模式的特点，课堂教学中注重综合使用多种教学方法。基本概念采用“学导式”教学法，提供学习视频和动画，实行教师引导和学生自学相结合；电路分析和设计方法采用“问题驱动式”教学法，由问题驱动学生主动探索、分析和设计；常用的加法器、译码器、计数器等功能电路采用“知识重演”教学法，多次、多角度反复知识内容；计数器、数模转换器等应用电路结合跳频电台、雷达等常用军事装备进行实例化教学。通过这些教学方法的实施，保证师生间的互动交流由浅入深、由点到面地高效进行。

1.3 整合课程资源，系统构建思政元素库

整合课程教学资源，建立丰富的教学资源库，支撑整个教学改革过程。建立课程知识点库，按知识点制作数字电路视频、Flash 动画和电路仿真；整理课程试题，形成完善的习题册和试题库；按照章节录制课程微课视频，整理多媒体课件和教案。课程教学中，给学生提供适合的优质学习资源，让学生以更灵活的方式、更宽广的视角学习[3]。

在“立德树人”“以人为本”的基础上，系统构建思政元素库，将思政教育贯穿数字电路教学，将使能条件、译码器实现函数、触发器触发、异步优先级、同步时序电路等难点内容融入一切行动听指挥、勇攀高峰、召之即来、来之能战、树立大局观念、协同作战等思政元素，在针对性地引导学生学习数字电子技术知识的同时，树立正确的人生观和价值观，拥有强烈的家国情怀和使命担当[4]。

2 “知识重演”在数字电路中的应用

2.1 “知识重演”教学法

教学过程中，低效的课堂交流成为阻碍学生顺利学习数字电子技术的重要因素之一。如何提高课堂教学质量，是数字电路教学改革首先面临的问题。本次数字电路教学改革根据学生的学习特点和能力，依循教学规律和课程目标，采用“知识重演”教学方法，将教学重点和教学难点分解，课堂教学从不同角度、不同层次、不同方法对重点、难点进行反复，拉开时间跨度，便于学生理解和记忆，依据学生的学习情况对学习内容、进度适时调整，全面增强教学效果。

2.2 教学案例“全加器”

全加器是组合电路中的基本元器件，也是计算机CPU 中处理加法运算的核心。理解全加器概念并熟练应用是数字电路相关课程的基本要求，也是对后续计算机硬件基础、计算机组成原理等课程的有效衔接。

与此同时，组合逻辑电路的分析和设计方法是数字电路中的重点和难点，教学过程中需要不断巩固和反复。以全加器在数字电路分析中的应用为例，介绍“知识重演”教学方法。

2.2.1 分析仿真，初识概念

介绍基于逻辑门的组合电路分析方法时，给出如图2a 所示的逻辑电路图，引导学生用逻辑代数知识分析该电路功能。

图2 逻辑门构成的一位二进制数全加器

首先，复习各逻辑器件的功能特性，沿着信号传输方向，从输入信号逐步写出输出函数表达式。

其次，将逻辑表达式转换成反映输入信号、输出信号之间的取值关系的真值表。

最后，通过观察真值表中的输入、输出变量的取值关系，归纳出电路功能为一位二进制全加器，输入信号A、B 是相加的一位二进制数，Ci 是低位的进位输入，Co 是向高位的进位输出，S 是本位的和输出。

首次接触全加器，学生对全加器的概念并不熟悉，引入如图2b 所示的logisim 仿真电路，加深对抽象概念的形象认识。

仿真电路中，输入、输出引脚上实时显示当前逻辑值，浅绿色1 圈表示逻辑1，深绿色0 圈表示逻辑0。仿真时，点击输入引脚可以改变逻辑值，学生可以直观地看到不同输入下的电路输出，加深理解全加器概念，破解教学难点。

2.2.2 归纳方法，理解知识

课堂通过三步引导，点出数字电路的分析就是实际电路到逻辑功能的转换，理论联系实际，突出知识点的联系，说明数字电路分析方法、步骤，完成教学设计和目标。

在此过程中，引导学生体会表达式、真值表等描述方式间的转换关系，指出设计就是与分析反方向的变换，达到科学思维的训练和能力素质的培养。

2.2.3 因材施教，拓展激励

针对学生层次不一、个体差异大等问题，因材施教，引入4 位串行加法器电路作为拓展内容，鼓励有兴趣的学生利用仿真电路进行功能验证，深入理解电路的工作原理和相关概念。

利用辅导答疑时间，检查学生的仿真电路，登记加分，提高学生的学习积极性；并且集中讲解电路原理，再次引入“全加器”概念，帮助学生熟知加法器相关概念和实际应用。

注意引导学生总结串行加法器的功能和特点，电路结构简单、器件少、成本低，但是电路运行速度慢。由此引出优化的加法器——并行加法器，激励学生课后通过微课自学先行进位的概念，为后续介绍并行加法计数器7483 埋下伏笔。

2.2.4 把握主线，探究新知

课堂教学中，牢牢把握“基本概念—基本器件—基本应用”层层递进的教学主线，探究新知。介绍功能器件——选择器时，引导学生识别记器件基本功能和器件符号，选择由双四选一选择器构成的一位二进制数全加器电路作为课堂例题，引导学生利用组合逻辑电路的分析方法和步骤自主分析该选择器的应用电路。

在前期多次反复全加器概念的前提下，学生一旦列出真值表，就可以看出该电路能实现一位二进制全加器的功能。选择器实现逻辑函数较为抽象，是教学中的难点。

除了利用仿真电路辅助教学外，还可以在实验课上要求学生在实验箱上搭建电路、验证功能甚至进一步拓展提高。学生基于熟知的全加器概念，快速理解选择器功能，从而熟练地掌握选择器的应用电路。

整个教学过程中，“知识重演”教学法紧扣“掌握组合逻辑电路的分析方法”这一教学目标，将“全加器”这一知识点的呈现用理论分析、仿真验证、微课自学、实验操作等手段有序递进；从一位到多位、逻辑门到功能器件，多次反复学习数字电路的分析方法；课堂集中教学，课后自主拓展，实验集中提高，多角度牢牢抓住学生的注意力，保持学生的探究欲。

3 结束语

以“培养具有必要的理论知识和较强实践能力、适应岗位任职需求的创新型、应用型技术人才”为教育理念，对陆军工程大学数字电路教学进行改革和探索。通过精选教学内容、创新教学模式、丰富教学资源以及采用“知识重演”教学法等措施，课堂交流更积极，师生关系更融洽，学生的数字电路分析、设计能力大幅提高，课终成绩优良率提升10%，不及格率在5%以下。

这充分表明数字电路教学改革行之有效，符合现代教学理论和教学改革的发展趋势，“知识重演”教学法激发了学生的能动性和创新能力，能够为部队战斗力的提高发挥积极作用。