新工科认证背景下的数字电路教学*

朱 旋，李 峥

(淮北师范大学物理与电子信息学院，235000,安徽省淮北市)

0 引 言

启发式教学应用于生物教学中，可以提高我们对世界与自然的认识，还可让我们对生物的学习产生浓厚的兴趣[1].针对研究生教育中存在启发性不足、学员自主创新环节偏少等问题，对“高等光电技术实验”课程中的“光纤传感器”模块进行了实验内容和教学方式的改进，使得该课程的教学过程更为丰富多彩，充分激发学员动手的热情和开拓创新精神[2].启发式教学能够较好地调动学生的学习的积极性，激发学生的学习兴趣，锻炼其创新能力、实践能力，促进学生综合素质的提升[3].

文献[4] 提出翻转式学习与探究性学习相结合的授课方式对教师的要求，通过改变工科课堂的学习环境，最终促使学生对概念知识的掌握，为学生成为工程师打下基础.文献[5]以学员为导向，从教学内容、教学方法、教学手段等方面对该课程的课堂教学模式改革进行系统论述和探讨.在传统教学模式基础上，重视和加强现代化教育技术手段和教学方法的引入，将有助于激发学员学习兴趣，同时分析数字电路问题的思路、培养学员的实践意识及分析和解决工程问题 基本素质和能力.文献[6]从启发式教学对技术背景介绍入手，围绕“提出问题”“启发思考”“二分解答”及“对比分析”4个方面，展开递进式的叙述.具体围绕若干知道点，结合质疑及设问策略，将“数字电路”若干技术问题的探讨与对话情景一步步展开.该方式在该校取得很好的效果.文献[7]从教学模式的改革、实验开展方式的扩充、成绩评价方法的调整等3方面，实现以教师问中心向以学生为中心、从知识单向传播为主向教学双向互动交流为主、从被动接受向主动探索的转变，提升了课程教学质量.该校在实践创新项目、大学生电子大赛及省级论文专利方面都取得了显著的进步.文献[8]从数字电路教学中，不断提出新任务，学员时刻面临新挑战，让学员直接感知、项目制作、任务归纳中学习知识；反过来再将所学知识转化成实践能力，进而升华为创新素养.该校从2年的教学效果看，学员的积极性大大提高，在知识点的理解、知识结构的掌握、扩大视野、工程实践能力等方面均有明显提高.

基于数字电路教学的实际情况，传统的教学方式务必改革.本文首先阐述“启发式+探索式”教学模式的核心思想，随后通过实际教学案例进行实施和剖析，继而根据日常教学实践总结出“启发式+探索式”教学模式的设计准则.最后，有前述内容对全文进行总结和归纳.

1 启发式+探索式教学模式概述

“启发式+探索式”教学关键问题是对一个知识点“设问”，即构造一种问题探索的对话情景，巧妙设疑设悬让学生们立刻大脑里建立问题的模型，激发他们的学习热情和思维.基于“数字电路”的实际教学情况，并依据采用此方法近几年所带学生的情况，该方式主要包括以下4个环节：“提出问题”“引发思考”“点拨解决问题”以及“延伸思考”，用框图形式如图1所示.

图1 启发式+探索式教学内容框图

图1中，遇到比较难理解的知识点时，先提出问题，把学生的思维调动起来，使学生积极参与该问题的思考，这也是启发式+探索式教学模式的关键所在.具体实施时，如何设定问题以及和采用何种启发方式都至关重要，本文采用“提出问题”“引发思考”“点拨解决问题”以及“延伸思考”顺序渐进模式，让学生积极参与问题思考，师生一起解决问题，进而引发更深问题的思索.

在日常的教学中，课堂上老师不断提出问题，激发同学思考，请同学们讨论，然后老师在循循善诱的讲解中给出答案，该问题学生水到渠成的理解和领悟后，老师可以再抛出更深的问题，让学生更积极去探索和寻觅.这样一个循环下来，学生积极主动去思考，在老师带动下解决了问题，而又去主动思考更深的问题，这种逐次递进的方式，使学生学习热情提高，主动思考和获取知识的能力提高.

本文采用的启发式+探索式教学模式，在“数字电路”课程教学中的各个阶段均有体现，下面逐一解析.

2 启发式+探索式教学模式解析

2.1 “提出问题”

“提出问题”是该教学第一步，同时也是极其重要的一步.“数字电路”课程中概念和定律众多，通过对一个学生没学过没接触过的问题设问，通过“提出问题”引出新概念，让学生的注意力立即集中起来，调动学生学习的主动性.

通过举例引出所讲部分内容，让学生思考该概念的背景，从而明确该概念在数字电路系统中的地位.比如讲解边脉冲触发器之前，可以向学生发问，已学过的电平触发器存在“空翻”的弊病.有没有一种触发器，每个时钟周期里输出状态只能改变一次？据已学过的电路能否改造呢？带着问题，给学生几分钟思考时间，同时点拨一下根据电平触发器的特点，若将两同样的电平触发器串联，共用一个时钟信号，会有什么结果呢？至此，水到渠成的引入了由SR电平触发器构成的脉冲触发器，给出该设计过程，分析工作原理，再鼓励学生继续思考，有没有触发器的输出状态只取决于时钟信号作用时输入端的状态呢？电路又如何改造呢？

2.2 “引发思考”

上一节针对所学内容巧妙提出问题，接着引导学生交替思考是非常关键的.在具体教学实践过程时，“引发思考”往往伴随着“交替思考”和“递进思考”，对所提问题一步步引导和分析.例如，在讲到七段字符显示器时，可以问大家每天在哪些地方见到这种显示器呢？接着再问那为何能显示0-9呢？让学生好好思考.

2.3 “点拨解决问题”

要想对学生进行实时点拨，教师课前要作充分备课，把课堂上所有出现的问题都考虑到.讲到置数法构成任意进制计数器方法时，在“提出问题”及“引发思考”之后，可以点拨只要预置数到产生预置数信号满足所计数长度即可，方法有很多种的，预置数是零计到哪里产生预置数信号？若用进位作为预置信号，哪预置数又是多少？让学生展开充分想象，同时，教师在黑板上提前准备的几种参考答案写出来.

该步骤，在给学生启发的基础上，留给学生充分思考空间，学生可以灵活学习到知识，能够举一反三.同时也要求教师把课备足，备充分.

2.4 “延伸思考”

该步骤是对于上课将要讲解的内容，教师备课时要精心设计问题，经过引发思考和解答后，教师可进一步引出新的、更深的问题，让学生在已解决问题的基础上再深入思考.从而学生可对该知识掌握的牢固且灵活.

3 实践应用

3.1 敢于质疑

相信科学而又要敢于质疑，如讲到脉冲JK触发器时，该触发器能够克服RS触发器在R=S=1时输出状态不确定，而该触发器没缺点了吗？每种情况都符合JK触发器的规则吗？接着可以给出图2所示的JK触发器的输入波形，并质疑同学们在第3个时钟脉冲时触发器的状态？

图2 启发式教学示例

在第2个CLK时钟信号的高电平期间，K端状态发生变化，因而不能简单地以CLK下降沿到达时J、K的状态来决定触发器的次态.因为在CLK高电平期间出现过短时的J=0，K=1的状态，此时主触发器便被置0，所以虽然CLK下降沿到达时输入状态回到了J=K=0,但从触发器仍按主触发器的状态被置成0，及Q*=0.第3个CLK周期的情况和第2个类似，此处不再赘述.

3.2 深度思考

在触发器的讲解中，从触发方式分3类，这3类触发器的讲解是循序渐进，逐层递进的.在讲完主从JK触发器后，可以引导学生，该触发器尽管各种输入状态都有相应的输出，但由于存在一次变化现象，即在CLK=1期间不管输入状态变化几次，输出仅变化一次.接着继续引导，为了提高触发器的抗干扰能力，能否设计出一种触发器，其输出状态仅取决于CLK信号的上升沿或下降沿呢？由此水到渠成的引入边沿触发器，还让学生对3种触发器的层进关系及各自优缺点一目了然.

4 异步计数器实例

时序电路是数字电路中极其重要的内容，在许多方面应用广泛.本节采用“启发+探索式”教学方法对其中的“异步二进制计算器”进行剖析，具体如下：

4.1 问题的引入

异步计数器在做“加1”计数时是采取从低位到高位逐位进位的方式工作的.由此抛出问题，既然各个触发器采用不同的时钟信号，那各触发器的时钟信号如何设置呢？

4.2 引发思考

二进制加法计数器规则，每一位如果已经是1，则再记入1时应变为0，同时向高位发出进位信号使高位翻转.由此知识，异步二进制计数器如何设计呢？

4.3 点拨解决问题

若使用下降沿动作的T触发器组成计数器并令T=1，则只要将低位触发器的Q端接至高位触发器的时钟输入端即可.

4.4 延伸思考

接着引导学生思考，第1个如果用上升沿T触发器该如何连接？第2个如果用上述下降沿触发器实现减法计数器该如何接？

4.5 实验思考

上面所述均说由T触发器构成的计数器，实验中给定2片的74LS112(双JK触发器)，如何完成异步二进制计数器的接线？

5 结 语

本文从“启发+探索”式教学背景入手，围绕“提出问题”“引发思考”“点拨解决问题”以及“延伸思考”四个方面，展开递进式阐述.具体为针对所学内容巧妙提出问题，让学生积极参与思考，然后教师适时点拨，师生一起思考解决问题，最后对已解决问题进行质问，设疑，提出新的问题，激发学生更深层次的思考.整个过程下来，学生们收获颇多，受到学生一致好评，学生的成绩普遍提高很多.因此，该教学方式可以将枯燥乏味的教学通过调动学生参与的积极性而丰富多彩起来，值得推广应用.