浅谈在数字电路教学中培养工程能力

徐东 胡晓光 刘敬猛 王建华 张静 张秀磊

摘要：数字电路教学的内容和形式，在培养学生与时俱进的工程能力方面存在不足。文章讨论了教学中存在的几个关键问题：基础知识的重要性和融入新的知识在学时上存在矛盾，相关课程之间内容协调会影响教学效果，实践能力不足需要弥补解决。通过探讨这些问题的解决方法，希望能够对提高数字电路的教学水平有些益处。

关键词：数字电路;工程能力;课程联系;教学实践

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）40-0225-02

一、引言

数字电路是高等院校工科教学的一门重要的专业基础课程，在电类课程体系中具有举足轻重的作用。大学里，工科专业的学生都要学习几门“电类”的课程。专业不同，课程要求的深度会有差别.从知识体系来看，数字电路这门课程，在电类课程的知识树中，处于承上启下的关键位置[1，2]。以电路分析和模拟电路为基础，数字电路探讨以数字信号为基础的逻辑和时序的关系，是计算机技术发展的理论基础。在教学过程中，数字电路是计算机原理、编程语言、计算机软件等课程的先修课程。

工科学校学生需要培养的关键能力是工程能力。《中国工程教育认证通用标准》中列出了本科生毕业应该达到的12条要求[3]。对照这些，学生通过该课程的学习，应能正确掌握数字电路的基本理论和设计方法，并具备一定的实践应用能力[4，5]。目前，数字电路的教学还存在一些问题。数字电路课程内容丰富，但学时却在不断减少，使得学生在课堂上没有过多的时间理解所学知识，难以跟上教师的节奏，导致他们失去学习的兴趣。而且，随着电子技术的迅猛发展和电子行业对人才的需求，数字电路课程的传统教学内容和形式已远远不能满足社会需要[6]。本文将针对工程能力培养方面存在的一些问题做些讨论，希望能够抛砖引玉。

二、内容更新和传统基础知识的矛盾

数字电路是较为传统的课程，内容仍旧是十几年前的理论知识。这些知识对于建立数字电路的知识系统和理论结构，是很重要的。而目前的数字电路以大规模和大数据的集成电路为主。嵌入式系统技术几乎覆盖社会的各个领域。如果我们不考虑如何改进课程內容，夯实学生知识结构，以适应学生的就业需求，教学发展就难于跟上时代步伐，课堂教学效率自然也就下降，并违背了现代高校“以学生为本”的教学理念。

典型的例子是硬件编程语言如何在数字电路中的讲授问题。由于可编程器件的发展，硬件编程语言已经成为数字逻辑的一种重要描述方式，在教学中应该有所体现。然而，如果讲授Verilog这样的语言，如何在有限的学时中能够讲授清楚，如何保证基本数字电路概念不受影响，这是一个矛盾的问题。针对这个问题，有效的解决方法是用硬件编程语言进行典型组合和时序电路的设计，以例子引导学生理解这种描述方式和逻辑电路的关系。由于学时的占用，弱化74系列集成电路的讲解，而是以典型组合和时序电路模块的形式讨论其原理和应用特点，重点要让学生理解逻辑和时序的基本概念。

三、相关课程联系松散，目标不能协调统一

建立完善的电类知识体系，是学生提高工程能力的重要基础。数字电路和模拟电路、单片机这些专业课之间的联系不够紧密，缺乏统一的目标，对教学效果产生消极的影响。往往是学习一门课程之后就立刻考试，学生也就很快投入紧张的复习之中，等学生拿到该课程的学分后就不再对此项课程进行回顾和归纳分析，而是立马投入下一个专业课程的学习。这样一门课结束接着另一门课的学习，使得各专业课之间缺乏有机统一的联系，学生也感到学习内容多而散。

在教学内容的组织过程中，充分考虑数字电路、模拟电路和微机原理承接的特点，教学内容做到知识点的统筹兼顾，能够巩固先修课程所学知识，又为后续课程做好充分的准备工作。数字电路与其他课程之间的知识脉络关系如图1所示。高等教育的数学和物理是工程类学科的通识基础，电路分析和模拟电路是数字电路的先修课程。数字电路的知识掌握清楚了，才可以学习计算机类课程，比如微机原理。学生打好了这些课程基础，根据工程背景进行项目开发，才能解决复杂的工程问题。

首先，用一个学期做教学内容设计和统筹安排。几门课程的老师同时规划课堂内容，相关章节同步备课，内容做到统筹安排，承前启后。其次，教学内容的安排将基础知识和学科前沿知识相结合，如把逻辑代数、门电路及电路的基本分析方法和设计方法作为重点，同时为学生介绍集成电路的制造工艺、发展前景等与学科相关的前沿知识，结合目前先进的ARM处理器技术，介绍数字电路的基本模块如何应用于当前的数字系统。最后，任课教师要对教学内容进行时间同步细化，制定出教学日历。教学日历要详细规划每个学时的内容，课程之间各内容设计的相关性，并设计具有知识关联性的课堂例题和作业习题。

四、课堂学习和工程实践脱节

目前，数字电路的教学是以理论为主、实验教学为辅的传统教学模式。教学内容缺乏对工程实际问题的深入研究。刚刚从事教师职业的新讲师理论知识丰富，但实践应用相对欠缺，显得经验不足。这些情况所体现的矛盾影响学生在学习过程中对知识的掌握能力，不能适应时代发展的环境。

教学过程要将理论与实践相结合，重点培养学生分析问题和解决问题的能力。理论教学是为了能够指导实践，实践又可以对理论教学起促进作用。在教学活动的各个环节，理论与实践应紧密结合，在理论教学中使学生初步具备看懂电路图、设计电路图的能力，在实践中充分让学生用理论指导实践，加深学生对理论知识的理解与应用。

改变目前实验课程和理论课程分别开设的不足，理论课和实验课统筹安排，紧密耦合，共同促进以学生为中心、工程实践为重点的教学思想。

五、结论

数字电路是一门面向工程应用的课程。因此，教学中要充分考虑如何提高学生的工程能力。现在，高等学校数字电路的教学形式和教学内容在这方面还有欠缺，存在一些问题。针对这些问题探讨有效解决方案，将使学生既能清晰基本概念，又能紧跟相关领域发展，为将来步入工作岗位做好充分准备。

参考文献：

[1]马学条，程知群，陈龙.数字电路虚拟仿真实验教学改革研究[J].实验技术与管理，2018，35（10）：121-124.

[2]栾庆磊，朱达荣.工程背景下数字电路实验教学研究[J].实验科学与技术，2016，14（06）：167-172.

[3]http：//www.ceeaa.org.cn/main！mainPage.w

[4]李敏.数字电路教学中的实践创新能力培养[J].大学教育，2018，（10）：109-111.

[5]张京玲，王天雷，王玉青，梁淑芬.基于混合式教学的“数字电路与逻辑设计”改革[J].教育现代化，2018，5（25）：38-39+41.

[6]杨芳，张乾.模拟电路与数字电路课程改革探讨[J].亚太教育，2016，（35）：164.