应用型本科《数字电子技术基础》教学改革探究

　　摘要：在硅信息时代，数字电子技术在各个应用领域都发挥着重要作用。《数字电子技术基础》课程包含丰富的基础理论知识，通过各种模块电路的應用实例进行学习，在电子信息类专业课程中具有承前启后的重要作用。本文以应用型本科院校为主体，从教学内容、教学方法、考核方式和教师培养四个方向着手，期望通过教学改革，培养出更加符合社会需求的应用型电子人才。

　　关键词：数字电子技术；应用型本科；教学改革

　　0引言

　　随着中国经济水平的飞速发展，人才需求结构发生变化，社会教育结构不断调整。近年来高考录取率达到了80%以上，本科生录取人数不断增加。培养高素质的技能型人才不仅符合社会需求，也是完善教育结构中必不可少的一环。应用型本科是以本科教育为依托，面向区域经济，发展特色学科，突出应用型专业教育，培养具有创新精神和实践创造能力的高素质应用型高级专门人才。

　　应用型本科电子信息类培养的人才能够从事电子信息及相关领域中系统、设备和器件的开发、应用、维护、管理等工作。应用型本科院校受师资和教学条件等客观因素的限制，目前大部分的培养模式不利于学生全面发展。数字电子技术在通信网络中具有不可替代作用[1]，在雷达接收器、微波功率测量计等各项新技术中处于举足轻重的地位[2]。《数字电子技术基础》是高等学校电子信息类专业的硬件基础课程，专业涉及电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术、电子科学与技术和微电子科学与工程等专业，内容包括数字电路的基础逻辑分析、电子器件基本组成和逻辑语言与硬件的结合等，为学生学习单片机、计算机组成原理和可编程逻辑器件等后续课程做好基础。本文针对应用型本科院校《数字电子技术基础》课程进行教学改革，期望培养出符合社会发展需求的高层次应用型电子信息人才。

　　1教学内容

　　在电子信息技术高速发展的现代社会，技术知识的更替周期越来越短，针对专业特点，及时补充新兴技术信息，不断调整教学内容和侧重点，才能更好推动数字电子技术的教学课程改革。

　　1.1注重基础

　　逻辑代数采用二值运算，通过二进制编码传递和处理信息。将实际问题转换成二值表达，通过逻辑运算得到逻辑电路是数字电路基本设计思路。在逻辑代数中，基本逻辑运算有与、或、非三种，不论多么复杂的逻辑运算都是通过这三种基本逻辑运算组合变换。运算过程中常用的逻辑运算有与非、或非、与或非、异或、同或等，这些运算的逻辑符号是学习过程中需要掌握的基础知识，运用这些基础运算进行逻辑表达。逻辑函数的常用表达方法有：真值表、卡诺图、表达式、逻辑图和波形图等，要掌握各种表达方法之间的互相转换。逻辑函数的表达式越简单，实现其功能的电路就越简单。进行逻辑函数化简，经常用到两种方法：公式化简法和图形化简法。利用卡诺图作为工具的图形化简法有比较明确的化简步骤，且容易判断化简结果是否最简，需要重点掌握。

　　逻辑代数基础知识是分析和学习数字电路的数学基础，所涉及的常用逻辑运算是实现数字电路设计的重要操作步骤。不论哪个专业学习《数字电子技术基础》课程，都要将逻辑代数基础作为重要知识点进行学习。

　　1.2弱化模块

　　门电路章节内容涉及很多电路结构分析和模电工作原理，包括二极管、三极管和MOS管等基本开关元件，通过分立元件门电路逐步学习CMOS和TTL集成门电路。章节知识抽象晦涩，需要具有良好的模电基础，学生普遍反映难以掌握。从课程学习目标来看，需要学生掌握的重点是元器件的外部特性和集成门电路的逻辑功能。外部特性是指静态—动态特性、输入—输出特性和负载特性等，掌握外部特性是为了使学生能够熟练使用各种门电路，如根据输入端负载值判断输入电平，正确使用传输门、三态门和开路门，了解集成门电路在使用中应该注意的问题等。教师应以反相器为重点案例，明确学习目标，花费一定时间讲解电路内部结构和工作原理，使学生更好地掌握外部特性从而理解门电路的逻辑功能，将贴合实际问题的模电世界转换到高低电平的数电世界。

　　门电路是数字电路逻辑功能的基础，是集成芯片内部结构的基本组成部分。学生需要掌握门电路的外部特性和逻辑功能，熟练运用门电路实现逻辑功能，分清学习的侧重点，不要耗费过多课时和精力在内部模电结构，明确章节学习目标。

　　1.3强调模块

　　组合逻辑电路和时序逻辑电路是《数字电子技术基础》课程核心内容，熟练运用其基本分析和设计方法需要掌握各种典型电路使用规则。学生的培养目标是通过阅读功能表，能够根据典型电路与外部元器件功能特点，分析和设计特定功能的逻辑电路。数值计算类典型电路包括加法器、减法器和数值比较器等；编码操作类典型电路包括编码器和译码器；数据选择类典型电路包括数据选择器和数据分配器；计数类典型电路包括进制不同计数器、增减方式不同计数器和更新状态不同计数器；寄存类典型电路包括基本寄存器和移位寄存器[3]。各种典型电路的内部结构和工作原理甚至外部特性千差万别，但是其分析和设计思路都相对固定，在学习相关知识时，要将典型电路看作整体，把重点放在外部特性。掌握解决问题思路，根据典型电路特点，结合分析和设计要点，合理利用外部元器件，何种电路问题都可以解决。

　　逻辑电路学习重点是把典型电路模块化，通过功能表分析逻辑功能，根据实际需要，分析或设计整体电路。虽然各种技术、元器件和芯片更新换代很快，但是基本设计和使用思路不会有太大区别，所以掌握学习方法和思路，接受新知识，做到与时俱进。

　　1.4深化综合

　　脉冲产生与整形电路和数模与模数转换电路是数字电子技术知识综合运用的典型电路。555定时器[4]是一种中规模集成电路，外接合适的电阻、电容元器件即可构成脉冲产生与整形电路，包括施密特触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路等，灵活方便，应用广泛。施密特触发电路和单稳态触发电路是最常用的整形电路，虽然不能自动产生脉冲信号，但是可以把不规则的周期信号转换成符合要求的矩形脉冲信号。多谐振荡电路不需要外加触发信号，只要接通电源即可自动产生矩形脉冲信号。数模与模数转换电路是模拟电路系统与数字电路系统之间的桥梁，许多信息采集和信号处理系统中所达到的精度和速度实际上是取决于数模与模数转换电路的转换精度和速度。学生需要掌握典型转换电路的基本工作原理，了解转换精度和速度的表示方法，理解数模与模数的转换过程。

　　两类电路展现芯片使用过程，贯穿运用数电知识。学习过程要突出整体性，宏观分析各知识点，深化理解数字电路工作过程。

　　2教学方法

　　课程遵循学生为主体，教师为指导的教学原则，根据应用型本科院校学生电路分析和模拟电子等基础知识相对薄弱，授课时要充分考虑学生实际情况，细讲基础知识和基本原理，精讲重点内容和工作原理，引导学生积极思考，理论知识和实践环节相辅相成。

　　2.1改革教学模式

　　传统课堂教学模式是教师讲授为主，穿插课堂互动，不能完全调动学生积极主动性。数电课程知识点多，学生基础知识薄弱，同时受课时限制，教学过程难以兼顾深度和广度。可以利用网上教学平台，如中国大学慕课、雨课堂、超星学习通等学习网站，提前布置学习任务进行预习，了解学习目标，掌握学习范围。老师通过学习平台及时了解学习情况，对学生答疑解惑，完善教学内容。部分章节可以尝试翻转课堂教学模式[5]，如加法器、计数器等，进行小组任务分解，发挥学生的积极性，提高学习动力，激发学习兴趣。

　　2.2结合应用案例

　　本课程学习重点为组合和时序逻辑电路，涉及许多实际案例，如表决电路、呼叫按钮电路、分频计、可控进制计数器等，通过理论知识在案例中实际应用，让学生体验到学以致用，提高分析问题进而解决问题的能力。将案例模块分解，针对各个电路部分进行讨论，交流设计思路，共同分析优缺点，并提出改进措施。要让学生掌握原理分析、步骤设计、电路连接、调试改进等过程，引导学生进行分析理解和归纳总结，切忌死记硬背。通过分析案例让学生学会举一反三，掌握分析步骤和学习方法，提高学习能力和創新能力。

　　2.3调整实践教学

　　数字电子技术具有很强的实践性[6]，需要增加实践课时，通过实验和课程设计深化学习内容，培养实操技能。电子信息技术发展日新月异，传统实验课程已经无法完成培养目标，学习重点应该转到新型数字电子技术实验，EDA技术的发展使先进技术和实验教学得以融合。虚拟电子仿真软件Multisim元件库中可提供的元件种类丰富，使用方便，实验内容可以根据技术发展方向及时调整，扩大知识范围，提高知识水平。仿真软件使用过程快速、安全，学生通过电路运行结果进行调试，不用担心电路设计错误带来的安全隐患，给学生更大的创造空间，鼓励学生勇敢尝试，提高创新意识。利用仿真软件Multisim进行模拟实验，填补传统数电实验中实验仪器使用限制带来的不便，实验过程直观，节省实验耗材，降低实验风险。

　　3考核方式

　　期末成绩是考核学生学生成果的重要方式，也是学习最主要的压力和动力源泉，制定合适的考核方式可以极大程度上促进学习成果。传统考核方式一般是平时成绩30%，期末成绩70%。平时成绩考核内容单一，每个学生的平时成绩差别不大，因此成绩差异主要取决于期末考试成绩。仅通过一张试卷来评定学生对一门课程的学习程度是有失公平的，这种考核方式忽略了学生的实践和创新能力，导致学生平时懈怠散漫、考前死记硬背，尤其不利于实践性较强的课程学习。

　　针对以上提到的种种问题，需要调整数电课程的考核方式，增加学习过程、实践表现的比重，调整期末考试试卷的考试重点。本课程可以将平时成绩设为50%，分为课堂成绩和实践成绩，各占一半比重，其中学生考勤、课堂表现、作业完成度等因素作为课堂成绩考核指标，翻转课堂参与度、线上学习表现、实验表现、实验结果、课程设计等因素作为实践成绩考核指标；期末成绩占50%，进行期末考试命题时，应该注意结合课堂学习重点，适当调节考试难度，能够充分考察学生学习成果，做到兼顾基础知识和突出应用性特点。

　　改革后考核方式更加注重学习过程中学生的表现，提高学生平时学习的热情，使学生更加有兴趣参与实验实践，培养独立思考、实践操作和创新能力。

　　4教师培养

　　教师是学生的引路人，教师培养是教学改革的核心环节，教师的能力和素质决定了教学改革的发展方向。任课教师需要系统学习《数字电子技术基础》课程，了解本课程在课程体系中地位，根据技术发展方向及时更新知识体系，熟悉与电路和模电等前修课程之间的联系，掌握本课程在后续课程中的作用，能够熟练地处理教材中的侧重点。

　　目前应用本科院校中大部分是独立学院，但是独立学院办学历史较短，办学基础薄弱，教师队伍结构不均衡，自有教师中大多是毕业不久的青年教师，还有部分年龄偏大的退休返聘教师，骨干教师数量较少，存在教师流动性大、授课能力不强、学术科研水平有限等问题[7]，需要进一步提高青年教师的能力。

　　在自有教师培养的过程中，需要完善教师的培训机制和学校的管理体制，青年教师大部分是毕业之后直接进校工作，缺乏专业技能培训，教育教学理念和方法有待提高，因此要健全培训制度，不能仅仅局限于岗前培训，要制定合理的培训考核机制，持续关注青年教师的专业技能发展。

　　青年教师也要认识到自己的不足，积极主动参加各种技术培训，通过说课、备课、听课、讲课比赛等各种形式不断提高自己的教学能力；退休返聘教师教学能力强，经验丰富，青年教师应虚心学习，主动请教；利用网络教学平台，学习名校名师授课方法和教学理念，提高专业技能；相关专业互相学习，共同参加竞赛指导，通过比赛了解最新技术知识，更新教学内容。

　　5结语

　　《数字电子技术基础》在应用本科电子信息类专业人才培养中具有不可替代的作用，帮助学生掌握电子信息基础知识、了解信息处理工作基本方法。根据专业特色进行本课程教学改革，提高教学效果，进而培养出具有创新精神和实践能力的应用型计电子人才。