数字电路教学中如何培养学生的创新能力

达正花

【摘 要】创新能力是大学生走向社会的核心竞争力之一，如何培养大学生的创新能力是当前高校探索的重点。本文通过具体实例阐述如何在数字电路教学过程中培养学生的高效学习能力、创新思维能力和创新方法。使学生在潜移默化过程中提升创新思维能力，掌握创新方法技能，增强学生的综合实力。

【关键词】数字电路；教学；培养；创新能力

How to Cultivate Students Creative Ability in the Teaching of Digital Circuits

DA Zheng-hua

（Department of Electronics and Information Engineering， Lanzhou Vocational Technical College， Lanzhou Gansu 730070， China）

【Abstract】Innovative ability is one of the core competitiveness of college students to the community， how to cultivate the innovation ability of college students is the focus of the current university exploration. This article illustrates how to cultivate students learning ability， innovative thinking ability and innovative methods in digital circuit teaching process through the concrete examples. Enable students to enhance the ability of innovative thinking in the process of subtle， master innovative methods and skills. Enhance the comprehensive strength of the students.

【Key words】Digital circuit； Teaching； Training； Innovative ability

1 培养学生创新能力的重要性

创新是一个民族的灵魂，也是人类发展的不竭动力。党的十八届五中全会提出：必须把创新摆在国家发展全局的核心位置[1]。习近平在全国科技创新大会上讲[2]：“科技是国之利器，国家赖之以强，企业赖之以赢，人民生活赖之以好。中国要强，中国人民生活要好，必须有强大科技”。科技要强，就必须要不断创新，而创新的关键是要有具备创新能力的人才，创新人才培养的关键在大学校园。目前，学界有关创新的理论研究程度相对较高，但对实践中的可操作性的、普适性问题的研究相对薄弱，也未能兼顾到理论研究和实践研究的同步性，从而削弱了对大学生创新能力培养的实际指导[3]。特别是探讨大学教育具体活动方式对学生创新能力发展有哪些具体影响的研究较少。因此，如何通过课程教学培养学生的创新能力是摆在高校每一位教师面前的重要任务与研究课题。

2 创新能力所具备的要素

创新能力是个体运用一切已知信息，包括已有的知识和经验等，产生某种独特、新颖、有社会或个人价值的产品的能力[4]。由此可见，创新需要三个基本条件：知识、思想和方法。因此，教师在教学中要将传授知识、提升知识应用能力，培养创新思维和创新方法三者并重，构成一个完整的教学过程。培养创新思维主要指培养学生的发散思维、收敛思维、联想思维、和逆向思维等；培养创新方法主要指让学生掌握奥斯本检核表法、列举分解法、组合创新法、联想类比法和信息发明法等。

3 数字电路教学中培养学生创新能力的方法

3.1 数字电路教学中高效学习能力的培养

据美国学者詹姆斯·马丁的测算，近十年，人类知识总量已达到每3年翻一番，到2020年甚至要达到每73天翻一番的空前速度。数字电子技术的更新速度尤为迅速。因此，教育的任务已不只是教会学生已有的课本知识，而是要教会学生如何高效学习和迅速捕捉有用信息的能力。

3.1.1 迅速找出关键知识点、强化理解

各个专业知识所涵盖的知识领域非常广泛，一个知识领域代表了一个专业方向和技能。在教学中，首先让学生了解自己所学课程所属知识领域、知识单元和其涵盖的核心知识点。数字电路属于电路与电子学知识领域的一个核心知识单元，它的基本知识点有：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、A/D转换器和D/A转换器、脉冲的产生和整形、常用集成电路的应用等。在教学实施中按照内容体系→知识点之间的关系→重难点问题讲解→一般性问题自学这一方案，科学设计教学内容和教学过程。在平时的教学中，有意训练学生迅速捕捉关键知识点的能力，让学生在规定时间内学习规定的教学内容，然后用自己的话来阐明主题。找出关键知识点，经过思考，列举生活中的实例来阐述知识点的含义，达到真正理解并内化知识。

3.1.2 应用思维导图方法归纳总结知识及知识拓展

每学完一章内容，就引导学生以思维导图的方式进行知识的归纳与总结，将知识点串连起来，构成一个完整的知识体系，形成知识链条，便于记忆与理解。整本书学完后再进行总的总结，并分别举例阐述每一部分所包含的具体内容和各部分内容之间的联系。图1为整本书内容一级简略总结，还可以继续往下进行详细总结，便于分析比较各个部分的内容。

图1

通过知识的归类与总结，让学生掌握整体的知识体系，而不是零散的知识点，同时也灌输了掌握知识结构思维图和归纳总结方法给学生，让学生在以后的学习中高效学习。

3.1.3 以项目为驱动培养学生灵活应用知识的能力

通过知识点的强化理解，整本书章节的归纳总结，使学生掌握整个数字电路体系结构。接下来引导学生进行具体的应用。以抢答器、数字钟、简易频率计、数字密码锁等项目的设计为例。伴随着课程的进程，由简单到复杂，由组合电路到时序电路，由小规模到中规模再到大规模逐步展开，形成一个由浅入深、具有梯度和内在联系的各个子项目，最后将其综合形成一个完整系统。同时，在设计过程中提出一系列问题，比如，用那种电路成本更低？性能更稳定？实现起来更方便等，让学生通过思考如何完成任务的同时降低电路成本，提高性价比。使学生在应用知识的同时考虑经济成本，为以后的就业创业做准备。

3.2 数字电路教学中贯穿创新思维的培养

从逻辑函数变形我们可以看出有四种不同方法可以实现同一个逻辑功能，这种教学方法其实就是培养学生的发散思维能力。发散思维是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状。如“一题多解”、“一物多用”等方式。不少心理学家认为，发散思维是创造性思维的最主要的特点，是测定创造力的主要标志之一。然后引导学生分析每一种电路的利弊，选出最优电路，这个过程是培养学生收敛思维能力。收敛思维的特点是使思维始终集中于同一方向，使思维条理化、简明化、逻辑化、规律化。收敛思维也是创新能力必不可少的思维方式之一。

例2：设计一位二进制全加器。所谓全加器是实现两个1位二进制相加并考虑低位进位的逻辑电路。设计步骤：（1）分析输入、输出，确定输入输出端；（2）列全加器真值表；（3）由真值表写出输出函数的最小项表达式；（4）根据具体要求对最小项表达式进行化简；（5）根据化简结果，画出全加器逻辑图。

从设计步骤可以看出，整个过程都将逆向思维的方法融会在教学过程中，逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。而根据给定要求化简逻辑函数的过程是培养学生的强制联想思维。强制联想是强制将某种诱因导致不同表象之间发生联系的一种没有固定思维方向的自由思维活动。在人们的创造活动中起重要作用。

3.3 数字电路教学中融会创新方法的培养

创新方法也是创新能力的核心构成要素，掌握了创新方法，可以少走弯路，节省时间成本。在数字电路教学过程中，创新方法的培养也始终贯穿在教学模式中，让学生在掌握知识的过程中潜移默化掌握了方法。例如，掌握了设计1位二进制全加器，怎么设计4位二进制全加器；会分析74LS290十进制计数器逻辑图，能不能用它来构成六十进制计数器等这些方法，目的就在培养学生的奥斯本检核表法中扩一扩的方法，也就是将现有产品的功能能不能扩大一些使用范围。而555集成定时器和基本元器件组合都能实现什么功能？将两块555集成定时器，一个基本RS触发器和若干电阻电容组合就可以实现多谐振荡器；用一块555集成定时器和电容组合可以构成施密特触发；用一块555集成定时器和两个电容再加一个电阻组合可构成单稳态触发器等。这种教学模式旨在培养学生的组合创新法和联想类比法。并将这些方法告诉学生，使其在今后的学习工作中加以应用。

4 结束语

将创新能力教育融入高校人才培养体系，并非指在培养方案中插入创新创业相关课程，而是要在做好现有专业学科教育的前提下，进一步将创新能力教育的理念融入到人才培养的各个环节和专业课程体系中，在教学过程中启发学生的创新意识，训练学生的创新思维，传授创新方法，使创新能力培养落到实处。

【参考文献】

[1]辛闻.十八届五中全会：必须把创新摆在国家发展全局核心位置[OL].http：//www.china.com.cn/news/txt/2015-10/29/content_36928819.htm，2015-10-29.

[2]习近平.科技是国之利器[OL].http：//news.hexun.com/2016-05-31/184143037.html，2015-5-31.

[3]陈茉.大学生创新能力培养问题的国内外研究综述[J].黑龙江高教研究，2015（1）：82-84.

[4]张晓芒.创新思维方法概论[M].北京：中央编译出版社，2008：65-69.

[5]朱定华.数字电路与逻辑设计[M].北京：清华大学出版社，2011：159-160.