信息化条件下编码器教学改革与实践

李爱华 刘 兵 李建增

中国人民解放军军械工程学院 河北石家庄 050003

为了区分一系列不同的事物，用二进制代码对其编码，实现这种功能的电路叫编码器。常用的编码器为8线-3线优先编码器74LS148。由于它是数字电子课程中接触的第一个集成器件，新的概念新的学习方法需要从头建立，如果采用板书加PPT传统方式讲解，原理描述多，枯燥乏味，学生理解起来非常吃力。因此，为克服这一难题，笔者转变教学思路，尝试借助仿真软件Multisim、互联网、数字图书馆等多种信息化教学手段开展编码器教学改革与实践。

1 信息化教学

信息化教学是一种以现代化教育理念为依据，以先进的教育技术为支撑的教学方式，包括互联网、数字图书馆、学习工具、软硬件学习平台等，现简单介绍我院教学中普遍采用的三种信息化教学资源。

1.1 互联网

信息化教育的实现离不开互联网，互联网的诞生改变了传统的教育模式，加快了信息化教育的发展。网络是把世界带入课堂的媒介和手段，网络是支持课堂活动的工具和环境，网络是向外界开放的桥梁。在互联网时代，新的教学手段、教学方法、学习方法以及新型的师师、师生、生生关系纷纷呈现，一种新的教育模式悄然形成。笔者列举互联网在现代教学中的三大主要作用：

(1)共享信息资源。互联网是强大的信息资源库，由于其开放性，人们可随时查阅信息或者上传信息。互联网提供了海量的文化背景知识、教学材料、科研信息，形成了一个高度综合的知识海洋。查阅文化背景知识了解过去、现在及未来的发展情况，便于师生更好地把握知识；丰富的教学材料，如教学课件、教案、视频、习题、程序等，有助于教师备课、学生学习；提供下载众多学习工具，如办公软件、仿真软件、学习工具、教学平台，方便教学实施；科研信息实时更新，世界联通，了解知识前沿，促进师生研究的开展。

(2)提供交互新途径。传统教学中单纯依靠课堂提问、课下辅导、作业批改、定期座谈方式实现师生交流，了解学生学习动态，由于时间和空间的限制，不可能使每个人的问题都得到解决，因此建立畅通的人人具有发言机会的沟通渠道无疑对教育的推进具有重要作用。互联网较好地解决了这个问题，在互联网上建立BBS、论坛或者贴吧，学生将个人观点、疑问、建议或意见，发布到该板块，教师及时答疑解惑，查看建议或意见，每个学生都获得了发言机会，教师也由此了解了更多信息，对教和学效果的提高都非常有益。

(3)拓展思路、激发创新。学习在于应用，学生通过应用更深入地掌握知识，使知识向生产力的转化成为可能。课余时间各校纷纷开展了第二课堂，如成立机器人联盟、电子设计俱乐部等，学生借助互联网搜索相关知识，了解相关知识，查找疑问，拓展视野，从而激发灵感。

1.2 数字图书馆

传统图书馆和数字图书馆都是信息的增值传递。数字图书馆是在科技知识呈几何级数增长的社会背景下发展起来的，它的发展使图书馆的作用迈入一个崭新的天地。它不再囿于时间和空间，登录数字图书馆可随时查阅相应电子图书、电子期刊、特种文献及外文数据库。万方学术数据库、维普中文科技期刊数据库、CNKI中国学术期刊镜像数据库以及超星数字图书、国家数字图书等是目前常用的数字图书馆资源。数字图书馆的诞生对现代教育的发展具有重要意义。

(1)有助于更新教学理念、教学方法和手段。数字图书馆借助互联网平台提供国内外丰富的教学图书及教育类杂志，教师可以方便地查询和下载相关资料，对其研究、改进及应用，形成先进的观点及方法从而促进现代教育的改革与发展。

(2)有助于师生深刻掌握课本知识。师生通过查阅学习相关科目的参考教材和习题书籍，针对某知识点的阐述文献多角度多方面地掌握知识。

最后，有助于科研的开展。通过查阅科技文章，了解国内外研究现状及方法，促进师生科研项目的研究与进步。

1.3 学习工具

学习工具主要是指为便于学习而采用的仿真软件，如Multisim，EWB，Pspice，Labview等，软件的适时应用可将知识变抽象为直观，变枯燥为有趣，将课堂由沉闷变活跃，激发学生学习兴趣，增强学生学习主动性，大大改善教学效果。

2 借助数字图书馆资源合理设计编码器教学

在教学准备期，通过查阅数字图书馆，下载大量相关编码器资料，选择有助于教学又能提高学生学习兴趣的内容在教学中应用，不但能够增加课堂趣味性，还能提高授课效率。如李子青[1]针对编码器教学的编排顺序进行了研究，一般编码器教学顺序为“编码器电路－输出函数－真值表”，而她采用了逆向教学顺序“真值表－输出函数表达式－编码器电路”方式，将其思想结合笔者前期经验，采取任务驱动教学法，讲完编码器概念后布置编码器设计任务，从而完成对编码器原理及结构的讲解，顺序与李子青的讲解顺序相似；严文娟[2]借助Labview软件教学，逼真的界面、形象的演示提高了学生学习兴趣，但鉴于软件掌握的难易度及与课本电路图的直观联系性，笔者决定采用专业的电子电路仿真软件Multisim。由于我院是军事院校，为与武器装备结合，笔者下载了大量与编码器相关的文献，如在编码器教学引入环节采用的教学实例借鉴宋杰《某型导弹内弹道参数测量系统的设计》[3]一文，展示“某型导弹内导弹出筒速度测量系统”构成图，指出它采用了光电编码器技术(如图1所示)，学生对编码器有了一定的认识并且对编码器产生兴趣浓厚。笔者顺势开始编码器的授课。

3 基于仿真软件Multisim的74LS148教学设计

在理论教学中涉及复杂的数学和理论知识，让学生全心投入到概念原理的学习往往非常困难，因此迫切需要一个交互式、图形化的学习环境将电路理论视觉化，帮助学生巩固对公式和方程式的理解；而在实际电路设计中，如果直接将设计结果用实际芯片实现，需要反复试验修改，费时费力，过程烦琐，而且一旦电路设计严重错误还有可能导致器件损坏或者烧毁；因此，采用仿真软件事先模拟电路工作情况非常必要。Multisim仿真软件专为电路和电子技术相关内容的教学而开发，可实现师生在理论、仿真、实验室实验之间的无缝移动，借助Multisim，可快速设计与课堂和课后作业主题相匹配的电路。在编码器授课中，由于74LS148是数字电路中接触到的第一个中规模集成器件，工作原理、管脚功能及芯片使用方法学生理解起来有一定难度，因此笔者借助仿真软件Multisim进行讲授，因其直观形象，学生学习兴趣浓厚，授课效果良好。

3.1 优先编码器74LS148工作原理

74LS148是典型的8线-3线优先编码器，其管脚如图2所示[4]。

表1 74LS148编码器功能表

3.2 74LS148工作原理Multisim仿真

通过对工作原理的描述，学生虽有一定概念，但是还不能完全理解，还处于迷茫怀疑状态，因此授课中采用Multisim对其进行仿真，观察各个管脚功能，察看工作原理，学生感觉比较形象，加深了理解，对结果信服。图3所示为芯片处于工作但无编码状态。图4所示芯片处于=0有效编码输入，输出呈反码状态。

3.3 基于Multisim的74LS148应用

随着信息化医院的建设，智能呼叫系统已经广泛应用到医疗系统中。当病人需要呼叫医生或者护士时，只要按下按钮则会有值班人员前来。现将智能系统简化，利用数字集成器件74LS148结合必要的门电路设计电路。题目要求如下：

某医院有1，2，3，4，4间病室，每室设有呼叫按钮，同时在护士值班室对应地装有4盏指示灯。现要求1号病房的按钮按下时，无论其他病房的按钮是否按下，只有1号灯亮。当1号病房的按钮没有按下而2号病房的按钮按下时，无论3，4号病房的按钮是否按下，只有2号灯亮。当3号病房按钮按下，只要1，2号没有按下则3号灯亮。只有1，2，3号按钮都没有按下时，此时4号病房按钮按下，4号灯亮。用74LS148和门电路实现此系统。

分析：根据题目要求，分析知病房优先级顺序1，2，3，4号病房优先级由高到低，借助74LS148完成；通过附加必要的门电路实现对应指示灯的亮灭即可。

借助Multisim仿真设计电路并验证其正确性，如图5所示。D0～D7输入数据端对应74LS148逻辑符号中低电平有效，A2A1A0对应74LS148逻辑符号中，反码输出。设计中将高4位接无效1电平，低4位D3～D0对应病房1到病房4按钮，灯L1～L4对应病房1到病房4在值班室的指示灯。当病房1，2，3都按下按钮时，只对优先级最高的1号病房响应，病房1指示灯亮，满足设计要求。

图5 智能病房呼叫系统

4 基于互联网的编码器知识拓展

编码器品种繁多，应用多样，为扩大学生视野，了解更多更新的编码器知识，鼓励学生课下自行查阅相关的电子网站，如：www.elecfans.com/zhuanti/20111111242149.html介绍了大量的编码器内容。通过此项措施，多数学生反映降低了学习的畏惧感，增加了自主学习能力，开阔了视野，增加了学习兴趣。

5 结束语

随着教育信息化建设的推进，越来越多的信息化技术应用到实践教学中，如何利用丰富的现代信息化资源与技术，运用先进的信息化教学方式改善传统教学模式中的不足，以提高教学效率，成为教育界关注的热点。笔者借助信息化技术对编码器部分教学进行了改革探索，实践表明：互联网、数字图书馆、仿真软件等信息化技术的合理应用有效提高了教学效率，锻炼了学生能力，应用效果良好。

[1]李子青.编码器教学方法与探讨[J].消费电子,2012(8):139-140.

[2]严文娟.Labview在数字电路教学中的应用[J].计算机与现代化,2009(7):123-125.

[3]宋杰,方勇.某型导弹内弹道参数测量系统的设计[J].舰船电子工程,2009(4):181-183.

[4]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2010.