两本《数字电子技术》教材应用对比与启示

(重庆理工大学 电气与电子工程学院，重庆 400054)

随着信息化时代的到来，“数字化”已经融入社会生活的各个领域，带动了社会各行业的发展，也引导学生对数字化产品产生了浓厚的兴趣。数字电子技术作为高校电子类专业一门必修的专业基础课程，它的教学任务是让学生获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，使学生通过学习掌握数字电路与系统的工作原理和分析设计方法，学会认识并使用相关的标准集成电路和高密度可编程逻辑器件，掌握数字系统的基本设计方法，为进一步学习各种超大规模集成电路的系统设计打下基础。由此可见，数字电子技术在高校电子类专业人才培养中的重要地位。

教材是本科课堂教学过程中重要的知识载体，是教师组织教学活动的主要线索，也是学生课后学习的主要工具之一。本文以目前正使用的两本教材为例：高教出版社出版、阎石主编的《数字电子技术基础(第6版)》(以下记为“教材A”)[1]和电子工业出版社出版、FLOYD主编、上海交通大学余璆翻译的《数字电子技术(第10版)》(以下记为“教材B”)[2]，对其内容及教学应用情况做简单对比分析，借以对数字电子技术课程的建设提供借鉴作用。

1 教材对比

1.1 教材前言对比

两本教材都在前言中指出了数字电子技术课程在电子类专业的基础地位：它是讲解数字电子技术发展及其应用的课程，是帮助学生学习后续专业课程、高级技术领域所需要的基本概念和基本知识的课程，以便学生进一步深造学习。

1.2 章节内容对比

两本教材的章节目录如表1所示。

表1 教材目录对比

教材A：在延续原有基本知识内容和结构框架基础上，分隔了数制和码制单独成章，补充了二进制补码运算内容，以适应后续数字系统设计注重数字基础的趋势；主要强调了COMS门电路的介绍；触发器部分按照触发方式分类引入，强调外部特性而淡化内部具体电路结构；增加了可编程逻辑器件、硬件描述语言、Multisim仿真分析等内容介绍(放在第4章组合逻辑电路和第6章时序逻辑电路两章后面，不再单独成章)；采用了国际上流行的图形逻辑符号；删除了一些非基本内容(动态移位寄存器、非精密的压控振荡器、串行输入的DAC、串行输出的ADC等)。

教材B：章节数量多，用了较大篇幅强调基本概念，比如第1～4章仅仅对应了教材A的1～2章；5～6章对应了教材A的第4章；7～10章对应教材A的5～6章；第11章对应教材A的第8章；第12章对应教材A的第3章，主要介绍了门电路的电路结构特点及外部电器特性。教材B没有添加可编程逻辑器件和硬件描述语言，整本书给人感觉一直随着逻辑的概念和应用在展开，章节后面最多添加了Multisim仿真范例，在其附录中才补充了卡诺图或与项的最小化，Q-M方法(奎恩-麦克拉斯基化简法)以及数字电路NI multisim 仿真。随着数字电子技术的发展，该教材第11版也增加了硬件描述语言VHDL的工程例程介绍以及基于两大芯片(Altera和Xilinx)的VHDL工程应用实例，不过多在相关教学网站供学生课外自行验证。

1.3 内容细节对比

教材A：教材框架清晰，理论基础内容详实，每一章都有内容提要和基本概念概述，每种分析方法和设计方法都有详细的步骤说明；每章节后都有复习思考题，每章结束都有相应的本章小节和习题；习题范围涉及章节中每个知识点，多为综合题型。总的来说，教材A是一本国内高校数字电子技术课程应用很广的经典教材。

教材B：理论阐述不多，叙述风格以讲解知识点概念和应用为主，知识原理的讲解较为详细和清晰，一些章节带有实例或综合举例，同时结合数字逻辑电路，介绍一些计算机小知识。每章都有数字系统应用的内容，理论联系实践，结合工程实例认识数字系统分析设计初步，章节后有关键词、判断、选择等多种方式的复习小结；每章最后对应给出相应大量且知识点重复的习题，反复强化对基本概念的认识，非常适合初学者快速入门。

1.4 教学实施情况对比

教材A：有很好的配套课件，与教材高度一致，非常便于教学实施授课。但是高度的专业知识理论归纳，以及相对综合性较高的习题，在引导学生自主学习、独立思考的习惯上效果甚微。在教学中如何引导学生学习自主性和工程应用实践能力培养，还有待进一步商榷。而且具体教学过程中硬件描述语言VHDL、可编程逻辑器件、门电路内部等教学内容大多不是重点教学内容，各高校视自身情况而选择性教学或要求。

教材A是一本经典的数电教材，知识系统，理论扎实，教材编写结合当前数字电子技术发展的前沿，在学时足够的情况下由教师合理组织，学生慢慢消化，教学效果会非常好。但现实是各高校学时都在减少，数字电子技术课程教学学时都不大于64学时，最低的只有40学时。这种情况下，教材A显得内容较多，练习较少，学生在阅读理解上要跟上教师的授课进度，并在短时间内迅速熟悉数电基本知识并加以应用有一定的困难。

教材B：没有相应的课件，教师必须自己准备；教材内容没有高度归纳整理，所有的知识点应用分析多为排列叙述，阅读者需要自己归纳整理所得信息，授课老师可以有很宽阔的空间引导学生学习；学生也能从简到繁遵循学习的科学性，培养自主学习能力。教材B基础内容讲解详细且练习多，内容简明，强调应用实践但不脱离基本知识范畴，阅读理解容易，学生入门容易。

教材B在笔者所在学校少学时数字电子技术课程教学中选用了两年。授课教师应用体会是：这本教材更便于学生阅读，内容主线单一，能牢固掌握其基本知识，学生入门明显较选用教材A的普通学生快。当然也有缺点，由于学时短、教材厚，后续数字系统综合及应用、工程实践部分有赖于教师自身的提炼，也有赖于学生学习的自主性和兴趣。

2 对比启示

教材是教学环节中的重要组成部分，教师组织教学，学生自主学习很大程度上主要是通过教材来开展的。教材编写和选用应该以培养学生自主学习能力和创新意识为目标，在基础知识中结合信息技术发展新技术新知识的同时，还要遵循学习的科学规律，适当取舍，循序渐进，主线分明。教师在教学设计中也当如此。

1)结合信息技术发展，专业基础性课程教材不失其基础性。

进入21世纪，信息技术发展迅速，对高校的学科建设、课程建设乃至教材建设都产生了很大的影响。2010 年和2012 年出台的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020 年)》和《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》，进一步加快了我国教育信息化的步伐，对高校学科课程教学改革提出了新的要求、新的思路。数字电子技术课程与电子技术、数字化技术的发展紧密相关，其课程的工程实践性要求高，但是在电子类各专业人才培养体系中又处于基础性地位。因此在课程教学及教材编写中应结合新技术、新信息的发展与时俱进，同时也不忘其基础性的根本要求，即帮助学生熟悉并掌握学习数字电子技术所需要具备的基本概念和基本知识。合理组织利用时代发展的信息，根据社会需求发展及时更新课程体系，是课程建设、教材建设顺应21世纪信息技术发展的必然趋势[3]。

2)结合工程案例式教学，促进专业基础性课程与后续专业高阶课程学习衔接。

随着数字电子技术、集成电路设计、制造技术的高速发展和广泛应用，高等教育的课程设置中出现了大量引领电子技术发展方向的专业课程，如DSP技术、嵌入式系统、SOPC技术、PLD技术、EDA技术、硬件描述语言等。这些课程共同的专业基础数字电子技术课程的地位和作用也被推到了前所未有的高度，同时也对数字电子技术课程的教学内容提出了极大的挑战[4]。数字电子技术课程教学开篇应该介绍电子技术的发展趋势和广泛应用，引导学生了解目前数字化时代技术发展前沿；在教学中，理论与实践相结合，应用EDA计算机仿真软件把硬件描述语言纳入课程，文献[5]更是直接应用硬件描述语言实现数字电路的基本原理的介绍；在课程中加强工程案例教学，通过案例学习激发学生对后续专业高阶课程的学习兴趣，并帮助学生打下牢固的数字电路学习基础。

3)遵循学习科学性进行教学设计，促进学生自主学习能力培养和创新思维。

相较于教材A，教材B在理论知识的阐述方式上更为生动详细，更利于学生自主学习。在引入每个新的知识点时，两本教材都会给出总体介绍，教材B除了采用逻辑代数描述之外，更多地会用实际电路的工作波形，即时序图来分析说明，例题讲解提供详细的分析过程说明，例题之后还提供相关的计算机小知识，每章后都有实用性强的综合数字系统应用范例介绍。整本书的末章和附录给出门电路的内部电路机理和外特性参数，以及系统综合设计的方法、步骤和系统设计实例。教材B在整本书乃至每章的前半部分注重基本概念和基本知识的强化训练，后半部分辅以实用性强的工程实践介绍，在促进学生自主学习能力培养和思维训练上能够很好地遵循学习的科学规律，有利于学生自我学习提升。

3 结论

大学教育的根本目的是培养学生专业性的自主学习能力和创新思维。课堂教学是目前大学教学的主要手段，教材是引导学生自主学习的第一手资料。在专业基础性课程教学中，教学内容不必面面俱到，教材选用和教学设计重点应该是强调专业基础知识和基本概念，遵循学习的科学性和认知性，培养学生的学习思维、专业认知，更应注重思考习惯养成以及对后续专业方向的引导，努力做到“知识概念清晰，图文阅读由浅入深循序渐进，知识引导主线明确，便于理解”是非常重要的。