数字电路多元化实验教学模式研究

唐胜春

北京信息科技大学 北京 100101

数字电路是电类专业学生必修的一门重要专业基础课，讲授数字电路的基本概念、基本理论。通过该门课程的学习，学生应掌握数字电路的分析方法和设计方法。数字电路的实践性、灵活性强，故该门课程的实验环节尤为重要。

依据我校的培养目标—以培养高素质应用型人才为主，需要重视实践环节在人才培养中的作用。

1 多元化实验教学模式的意义

随着电子技术的发展，数字电路的发展速度很快，所以数字电路实验教学的方法和模式也应随之不断改进。

传统的实验教学模式以教师为中心，教师给出实验方案，并对实验步骤进行详细地讲解，学生只要按照教师的安排，按步骤进行就能完成实验。这种教学方式对学生来说属于被动式地学习，没有给学生分析问题和解决问题的机会，学生只是被动地接受教师所安排的实验过程，缺乏主动思考的过程，学生做完实验会感觉没有太大的收获。

传统的实验教学模式不能满足培养学生创新能力的需要，所以我们采用多元化的实验教学模式。

2 多元化实验教学模式的具体措施

为了满足培养创新人才的需要，必须对传统的单一实验教学模式进行改革，采用多元化的实验教学模式。我们在实验内容、实验教学方法、实验途径3个方面具体实施多元化的实验教学模式。在教学中充分利用各种教学资源，实现多种教学模式的相互融合，提高实验教学效果。

2.1 实验内容

在实验内容的选择上，实验项目要体现出多样性、层次性和应用性，实验内容分为必做和选做两种，使学生能够根据自身的学习情况选择自己感兴趣的实验项目。由此，学生不再是完全被动地接受教师的安排，而是可以发挥自己的主观能动性，由被动地学习转变为主动地钻研、探索和研究。我们所开展的实验共有4种类型。

2.1.1 基础性实验

基础性实验一般为必做实验。这类实验以功能电路为基础，通过基础性实验的训练，使学生掌握中规模集成单元电路的基本功能、参数和应用，掌握电路的电器特性，进一步掌握实验的基本技能和测试方法[1]。如：集成逻辑门电路基本参数与逻辑功能的测试实验，集成触发器的功能测试等。

2.1.2 综合设计性实验

这类实验具有综合、设计的特点，不再是针对理论课上某一章节知识的应用，其目标是培养学生综合运用知识、解决实际问题的能力。

2.1.3 研究创新性实验

这类实验是在基础性实验和综合设计性实验的基础上开展的，有了前两类实验的基础，学生应能对具体的实验要求进行独立研究，确定实验方案，体现出创新意识。

2.1.4 开放性实验

开放性实验是在课堂以外进行的实验项目，由学生利用课余时间完成。在每学期规定的时间内，教师上报开放性实验项目的题目和要求，由学生根据自己的实际情况选择感兴趣的实验项目。已经完成的实验项目如数字式温度计、多路抢答器、交通灯控制电路、彩灯控制电路的设计等，这些实验项目更适合学生自主训练。

实验可以在教师指导下有步骤地进行，也可以由学生自主完成。教师不再给出具体的实验步骤，学生可以根据实验要求，自行确定实验方案。如果学生确定的实验方案中所需的器件缺乏，可以到电子市场购买。与硬件有关的实验内容在实验室完成，与仿真有关的实验可在实验室外由学生自行完成。

这种开放式的实验教学模式，可以使学生由被动学习变为主动学习。由于是在课余时间进行的实验，学生不必受时间的约束，有充分的时间反复修正实验方案，分析实验中出现的问题，进而改进方案，完成实验的目标。

这种类型的实验，可很好地调动学生的积极性，能够使动手能力强、创新能力强的学生脱颖而出。利于教师进行重点培养，因材施教。近3年来的教学实施过程充分表明开放性实验对于提高学生的创新能力起到了很好的作用。经开放性实验选拔的学生多次在各类电子大赛中取得较好的成绩。我们希望通过更多的开放性实验项目将更多的学生吸引到实验室中来，形成一种努力钻研、勇于实践的氛围，提高教学的整体效果。

2.2 实验教学方法

在教学方法上实现两个转变：由单纯性的实验讲解的教学方式转变为启发式教学方式，由注重实验结果转变为注重实验过程。

传统的实验教学方法是在实验进行前由教师详细讲解实验过程，学生再按照讲解的步骤完成实验内容，缺乏自主思考的过程。我们在实验中采取启发式的教学方式，由教师启发性地引导学生思考，不再详细讲解实验步骤，而是引导学生完成实验过程。

传统的实验教学过分看重实验结果，忽视了实验过程。我们注重实验过程中学生所表现出的一些具体情况，如教学中及时发现学生在实验过程中表现出的创新点，鼓励其做更深入的思考，坚持一学期，学生会有很大的收获。

2.3 实验途径

2.3.1 在数字电路实验板上实现

根据具体的实验内容，将所用的集成芯片或其他器件插接到电路板上，用导线相连，实现实验结果。这种实验途径的优点是直观，且利于培养学生的动手能力。如果实验中出现问题，还可以锻炼学生查找错误的能力。

但是这种实验方式需要在实验前将实验所需的所有器件都准备好才能进行，对于那些有多种实验方案的实验项目并不适合，而且如果实验板陈旧破损，即使正常插接器件，也有可能无法得出正确的实验结果，影响实验的正常进行。

2.3.2 采用EDA技术进行数字系统实验和设计

将EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术引入数字电路的实验教学[2]，使数字电路的实验教学模式和教学内容产生了很大的变化。

随着电子技术和计算机技术的发展，数字电路实验的实现手段不再局限于仅能通过在实验板上插接器件来实现。将计算机仿真技术引入数字电路实验教学，可以构筑一个虚拟实验室[3]。只要有一台计算机，学生就可以在方便的时候随时进行实验项目，利于学生对同一个实验项目研究不同的实验方案，锻炼了思维，有利于学生创新能力的培养，且可以提高复杂实验的成功率。这种实验方式不需要在实验前准备实验设备和器件，节省了实验准备时间，提高了实验的效率。

如在计数、译码、显示的实验中，先让学生在计算机上用Multisim软件仿真，验证自己的设计是否正确，而且可以在仿真阶段改进电路，最后在电路板上验证实验结果。

实践证明，将EDA技术引入数字电路实验教学，大大增加了可开出的实验项目数量，利于培养学生的创新能力。

3 结束语

总结了我校数字电路多元化实验教学模式的具体教学情况，包括在实验内容和教学方法上的一些具体措施。

随着多元化实验教学模式的深入进行，在对学生创新能力的培养方面已经取得一定的效果。我们将继续不断探索更有效的教学方法，以期在学生创新能力的培养上取得更大的进步。

[1]侯建军.电子技术基础试验、综合设计实验与课程设计[M].第一版.北京:高等教育出版社,2007.

[2]李洪海.EDA技术在数字电路课程实践教学中作用的研究[J].科技信息,2009(5):86.

[3]张旭珍,武晔.数字电路实验教学的改革与实践[J].科技信息,2011(31):25.