应用型本科数字电路与逻辑设计教学改革

杨廷来

【摘 要】数字电路与逻辑设计课程的教学经过数十年的发展和经验积累，教学过程和教学方法基本都已有了成熟模式，各大工科院校关于该门课程的精品课程也有不少。但因为应用型本科或专科院校的学生基础较为薄弱，接受能力和学习能力有限，导致常规教学方法和教学模式在应用型本科或专科院校实施起来却不太顺利。本文就应用型本科或专科院校的数字电路与逻辑设计实验课程教学提出了应用教学方法，以更好地适应学生。

【关键词】数字电路与逻辑设计；实验教学；教学改革

数字电路与逻辑设计课程是计算机科学与技术、网络工作以及软件工程等计算机专业的专业基础课程，该门课程是对其先修课程为电工电子学的深入和巩固，是其后续课程计算机组成原理的基础，故该门课程在计算机专业的硬件课程体系中起着承上启下的作用，如果学生不能较好的掌握对该门课程，对后续的数字电路与逻辑设计课程设计以及后续计算机组成原理课程产生较大的影响。

然而对于应用型本科或者专科院校的学生而言，他们基础相对较为薄弱，学习能力和接受能力有限，而该门课程作为硬件基础课程，虽然知识点相对较少，电路也相对简单，理论课的知识基本能够掌握，但实验课却不太理想。虽然从课本的电路图到实际的实验箱的接线，或者是从接线图到实际动手接线都是一一对应，非常直观，实验顺利的学生又觉得没意思，实验出现故障的不顺利的时候，部分学生会向老师求助，而剩下的要么胡乱操作，要么直接放弃，打击学生自信心和学习兴趣，导致教学效果达不到预期。

一、目前数字电路与逻辑设计的教学方法分析

当前数字电路与逻辑设计的教学模式主要分为课堂教学、课程内实验教学和课程设计，其中课堂教学主要采用理论分析、知识点讲解、以及例题分析，然后布置课后作业，让学生进行课后练习以掌握应知应会的知识。实验教学以验证型实验为主，通常是老师讲解或者進行实验演示后，学生根据实验指导书进行实验，然后根据实验结果撰写实验报告。课程设计是以加深学生对该门课程的理解和深入学习，应用数字电路与逻辑设计课程知识完成课题任务的设计，一般采用multisim软件进行设计和仿真。

上述课堂教学只能让学生学习相应的知识点，而当学生在实际中遇到问题时，却一脸茫然，不知所措。这一点在实验教学中便凸显出来，虽然给予学生讲解实验该如何进行，如何接线，但学生操作起来，便只会依葫芦画瓢，一旦实验不成功，或者出现偏差，就不知道如何查找问题，如何解决问题。同时，还有部分同学按照原理图接好线，然后记录结果，正好与理论相符，觉得太简单、太容易了，没意思。于是出现了实验成功的觉得没意思，实验失败的觉得好难，不管是哪一种，都没有真正的掌握透彻应知应会的东西。

二、故障排除教学法在教学中的应用

为了让学生除了掌握应知应会的知识点外，还能够多掌握一定发现问题和解决问题的方法，让数字电路与逻辑设计课教学效果稍微好一点，本文提出将故障教学应用到课堂教学和实验教学。让学生在课堂学习中除了学习理论知识的同时，学习一些解决问题的方法，然后将这些方法在实验教学中进行练习，并在实际操作中掌握发现问题解决问题的能力，提高学生的自信心，加深学习兴趣。

（一）课堂教学中的应用

作为一门硬件课程，硬件的连接难免出现各种各样的故障，而纯理论的教学基本都是基于理想情况下进行的，如果只掌握理论知识，掌握的再好，也无异于纸上谈兵，这一点在学生期末完成课程设计的时候就凸显出来了。让学生完成单独一个芯片的仿真，有学生不知道芯片的输入信号怎么给，输出信号又该接到哪里去，出现问题了更是不知道如何检查排错。

因此，将各种电路故障引入到教学中，学生方才知道课堂上讲的输入信号、输出信号哪里来、哪里去。如此便能使学生能够清晰直观的通过仿真和故障排除的仿真教学，理解理和掌握理论知识。尤其是对于基础较为薄弱，对实际电路没有接触过的应用型本科院校的学生而言，面对一个小的故障，也许都不知所措，所以在课堂上提前进行故障分析，让学生有所了解，掌握故障的排除和解决方法是很有必要的。

下面以数字电路与逻辑设计课程入门必须掌握的74ls138译码器为例。在课堂教学中，往往只会讲输入高低电平（1/0），学生往往不会接下拉电阻，而是以为开关拨上去闭合就是接+5V为逻辑1，断开就是逻辑0，。而实际上断开输入引脚是悬空状态，而非接地（逻辑0）。

故障分析教学，例如如果74ls138译码电路的Y0-Y3可以正常译码显示，而Y4-Y7无法正常译码显示，分析该电路可能出现故障的地方以及故障确定方法。因为3-8电路输入三位二进制，低两位可以正常译码，Y4往后无法译码，则可能是输入信号C端没有高电平，用万用表测量C引脚电压即可。如果C脚电压正常，则测量100～111译码后对应的Y4- Y7引脚的电压，如果正常译码则可能LED1有问题，否则74ls138译码器损坏。

类似于上面简单实用的故障分析及故障确定的方法，能够让学生跳出枯燥的纯理论学习和解题的学习过程，引导学生的“工程师”思想，即发现问题，分析问题，确定问题并解决问题的思维和能力。

（二）实验教学中的应用

课堂上使用故障分析教学方法，将分析问题的思维带给学生后，在实际电路操作实验中，学生能够使用这种思维去解决实验中遇到的电路故障，但有些问题却用课堂上的知识无法直接解决，比如关于引脚悬空的问题，。课堂上悬空引脚一般默认我输入逻辑0，但实际电路中，有些电路却默认为高电平，比如二输入与门、三输入与门、当只给其中一个输入引脚接入高电平（+5V），二输入或门接低电平（0V）时，输出都是高电平，说明悬空的引脚都是默认的高电平，而非低电平。

同时，通过课堂教学和实验教学，能够让学生意识到，电路中的输入信号如果不用，一般是不可以悬空的，除了上述的默认高电平还是低电平的问题以外，还有就是输入信号引脚悬空，容易受到外界的干扰。

三、改革效果

通过将故障排除教学法引入到课堂教学和实验教学，效果良好。课堂上不再是纯粹的理论，学生不再认为简单的认为知道理论就可以了，通过故障排查和故障解决，激发了学生在课堂上查找问题和解决问题的兴趣。在找问题、解决问题的过程中，将理论知识掌握的更牢固。该方法尤其是在实验教学中体现的最为明显，学生逐渐变得积极参与，认真对待，重点是不再是一出故障就只会找老师请教，开始学会自己查找问题和解决问题。

四、结束语

对于应用型本科学生的教学，纯理论知识的学习让学生学的较为痛苦，应跟多的与实际应用相结合，让学生切实的去看到和感受到理论和实践之间的关系，理论指导实践，实践补充理论。理论武装大脑，实践提高兴趣，并将知识深入的理解到位，这正是我们教学的目的。

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