数字电路综合性设计性实验教学的探讨

杨世洲

摘 要:数字电路是一门应用性很强的课程,随着社会的发展和课程的改革,应加强综合性设计性实验,同时也应该在实验的安排上进行针对学时、内容、实验手段和考核办法的改革,提高学生的实验能力、思维能力、创新能力,将理论知识转化为应用技能,培养学生的的工程意识、创新意识、经济意识和科技意识。

关键词:综合性 设计性 学时 内容 手段 考核

数字电路是一门实践性很强的基础性课程,知识更新换代的速度很快,因此该课程设置的科学与否直接影响到理工科学生培养目标的实现程度。对学生实验能力、及思维能力和创新能力的培养都会起到非常重要的作用。随着社会对技术型、应用型人材需求的日益增长,毕业生的就业形势日趋严峻,就需要高校培养出具有创新精神和实践能力的人才,而实验教学是培养学生科技素质的重要环节,是培养创新能力的重要途径。在数字电路实验教学中,综合性、设计性实验是理论和实际的接口通道,是将科学技术和理论知识转化为创新能力的一次锻炼机会,是培养工程意识、创新意识、经济意识、科技意识的重要途径,根据我校多年的教学经验,应在以下方面进行改革与探讨。

一、开放实验室,开设相应的选修课增加实验学时

近几年由于理论学时的压缩,相应的实验内容及学时不得不减少,所以受时间的限制,无法安排更多的设计性和综合性实验,使学生无法得到数字电路设计的系统训练。我院电子本科专业数字电子技术综合实验课为20学时,因此,我们在制订教学计划时,只能安排两个综合性、设计性实验,并且只能选择组合逻辑电路、数据选择器、译码器等中小规模电路,完成表决器、电子表等简单和不太复杂的电路来设计。并且由于近几年扩招,每学期做电子实验的学生有一千多人,电子实验室的实验每天安排的都非常紧张,经常有一部分学生无法按时完成实验内容,因此应开放实验室或开设电子训练方面的选修课来增加实验课时,达到实验与训练的目的。

二、丰富综合性、设计性实验内容

在学时少时,我们在教学计划中,只能选简单的内容,例如原来我们要求的设计性实验有用组合逻辑电路设计一个密码锁,由于学时少我们要求学生从门电路、数据选择器、138译码器等器件中选一种来设计,写出设计任务书后在实验台上完成。过去我们所做的综合性设计性实验都是一些简单的电路,给定了用什么元件,完成什么任务,只是让学生掌握设计性实验完成的基本过程,随着科学技术的日益发展和课程的改革,对综合性、设计性实验应有如下的改革。

1.用不同的元器件来完成同一任务

目的是通过比较不同的途经与方法,分析优缺点,理解各个电路的性质内涵,例如5人表决器可分别选用基本门电路、数据选择器、译码器等来完成。

2.规定设计题目和指标要求,自行设计电路和选择元器件

数字电路设计实验中,主要采用了两种做法,一是要求同学们根据实验室提供的集成电路组件进行设计,这样能促进学生积极思考,想办法利用现有的条件完成某一设计要求,当然这样做有时可能限制了同学们的创造性,作为弥补,鼓励学生“纸上谈兵”对同一设计要求设计出各种方案。二是用某一组件完成多种电路设计。

3.电子工艺的完成

电子电路从图纸到产品,需要进行组装和调试,是把理论付诸于实践的过程,也是学生操作技能锻炼的具体体现,过去电路的组装都在实验台上插接电路,条件许可可以在电路板上进行焊接安装,培养学生在印刷电路板上对整体电路的认识能力,学习电子产品生产制作中的准备工艺、焊接工艺、装配工艺、调试工艺和质量控制方面的知识。

4.参数测试调整

要求学生熟悉各个仪器的使用方法,在调整测量中,认真观察测试,对于有怀疑的现象要重点记录,对于观测到的数据、现象、波形等进行定量分析,培养学生严谨的科学态度和实事求是的作风。

三、改进实验教学手段

在丰富了实验教学内容,增加了综合性、设计性实验后,用传统的在实验箱或实验台进行实验由于连接线多,插接线常有接触不良的现象且费时,这对排除故障造成很大的麻烦,在规定的学时内,有的同学观察不到实验现象,完不成实验任务,并且元件损耗大,实验开设成本太高,因此对于综合性、设计性的实验项目应开展EDA实验手段。

应用EDA技术是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上用硬件描述语言VHDL完成设计元件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化筒、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程、下载等工作,EDA技术的出现极大地提高了电子电路设计效率和可行性,减轻了设计者的劳动强度,总的来说有如下的好处。

1.学生不一定在规定的时间来实验室做实验,可在宿舍机房等地进行远程登录,根据自己的学习计划来完成电路的设计、仿真、参数的记录,如进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析等。

2.评估元器件参数变化(包括故障)对电路造成的影响,分析一些交流测量的电路特性,如进行噪声(NOISE)、频谱(FOURIER)、器件灵敏度(SENSITIVITY)、温度特性(TEMPERATURE)分析等。

3.元件损耗少、成本低。

4.功能巨大元件库内多种元器件可虚拟无数种电路,其内置仪器亦能读出各种电压、波形、电流等各种参数,还可设置短路、断路等故障,提高学习质量。

5.效率高、节约时间。

四、改进实验考核办法,提高实验教学质量

学生实验考核的方法不能片面强调实验速度,否则学生在实验过程中着急完成实验,急功近利现象比较严重,也不能只强调实验报告不注重实验过程,结果学生抄写实验数据、实验报告现象严重,因此,改进规范学生实验考核办法是提高学生实验质量的关键。在多年的实验教学实践中我们逐步形成了一个相对完整的考核办法,该办法的主要指标有实验纪律和实验态度、实验预习、实验过程、实验结果、实验报告等,具体评定如下:(1)实验预习和实验纪律占总成绩的10%。主要根据学生有无迟到、早退、无故旷课现象,实验预习报告是否认真、实验中有无大声喧哗,是否爱护实验器材等方面评定。(2)实验过程和结果占总成绩的70%。具体可根据实验内宾、创造性、独立完成情况来评定。(3)实验报告占总成绩的20%。主要根据学生实验报告有无错误,参数计算是否正确,实验过程实验数据和结果记录是否完整客观,故障分析是否合理,实验问题回答是否正确等评定。

参考文献

[1]黄永定.电子线路实验与课程设计[M].北京:电子工业出版社,2005

[2]王勇.改进综合性设计性实验方法提高学生实验能力[J].实验技术与管理,2006,10:600-601