项目教学法在数字电子技术课程中的应用

梁承权　吕德深　张颖　左仁合

关键词：项目教学；简易交通灯；数字电子技术课程

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）10-0148-03

1 引言

数字电子技术是电气工程及其自动化、电子信息工程、计算机科学与技术等专业的专业基础课，绝大多数理科、工科专业的高校都开设这门课程，在专业课程体系中占据非常重要的地位，很多高校的数字电子技术课程教学采用了理论课与实验课分别讲授的方法进行[1]。笔者在教学过程发现学生对理论教学不感兴趣，而实验实训教学比较感兴趣，于是对数字电子技术课程教学实施进行探究与改革[2]。

在教学中教师应该以课程内容为基本，以专业需求为导向，以实际应用为目的，以典型的基于工作过程的项目为载体，以教、学、做一体化为训练模式，把学生的学与用作为教学过程的出发点和落脚点，充分调动学生的学习积极性，变被动学习为主动学习，努力培养学生的创新意识，激活学生的创新思维，绽放学生的创新成果[3]。引入实用性较强的基本电路，让学生体会到学有所用；介绍趣味性较强的设计电路，提高学生学习兴趣[4]。因此，笔者认为项目教学的重点、难点是找准切合教学内容的项目、教学实施方法得当。

数字电子技术课程共72个课时，采用了项目教学法[5]，主要实施八个项目，项目分别是：项目一，三人表决器电路设计与装调；项目二，多人抢答器电路设计与装调；项目三，数码显示电路设计与装调；项目四，计数分频电路设计与装调；项目五，触摸式防盗报警电路设计与装调；项目六，555简易交通灯电路设计与装调；项目七，温度检测报警电路设计与装调；项目八，洗衣机控制器设计[6]。项目实施过程中将基本逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲发生器等重要内容融入各个项目之中，促进学生对学习的兴趣，激发学生的学习热情，将会达到很好的教学效果[7]。下面将以555简易交通灯电路设计与装调为例，展示该项目的实施过程。

2 555 简易交通灯教学设计

2.1 课程导入

2.1.1 复习旧知识

通过日常生活中十字路口交通灯实例让学生思考交通灯运行的情况，教师提出如何利用计数器实现一个简易交通灯。意在复习以下前面学过的内容：1）开关二极管组成与门、或门电路的方法；2）D触发器的应用（实现双稳态电路的方法）；3）CD4017计数器电路设计方法。

2.1.2 新知识引入

展示现有的交通灯模型，基本模型如图1所示。模型中共有12个LED灯D1～D12，向东方向的红绿黄灯与向西方向的红绿黄灯对应，并同时亮灭；向南方向的红绿黄灯与向北方向的红绿黄灯对应，并同时亮灭。交通灯模型与现实中交通灯类似的情景，学生容易与现实中的交通灯结合起来。通过交通灯模型展示，让学生对本项目的内容和目标有明确的认识：1）通过交通灯项目的设计，掌握555组成无稳态（多谐振荡器）电路的设计方法；2）通过交通灯项目的设计，掌握555组成单稳态电路的设计方法；3）通过交通灯项目的设计，掌握555组成双稳态电路的方法；4）旧知识的巩固——开关二极管组成与门电路、CD4017计数器电路。

2.2 知识点讲解

2.2.1 简易交通灯的构成

555简易交通灯由时钟信号发生电路、计数器电路、双稳态电路、单稳态电路、与门电路和交通红绿灯构成，并讲述结构框图中各个部件的作用。其结构框图如图2所示。时钟信号发生电路为系统提供“1 秒”的信号，使得交通灯系统按秒进行计数；计数器电路对“1 秒”进行计数，并控制在不同的时间输出不同的电平，进而控制双稳态电路、单稳态电路、与门电路等；双稳态电路控制交通灯红绿灯切换；单稳态电路控制黄灯产生闪烁的效果；计数器电路产生的信号控制与门电路，进而控制黄灯维持的时间。

2.2.2 555 定时器的电路结构及其逻辑功能

1）555 定时器的电路结构；2）555定时器的逻辑功能。

2.2.3 无稳态电路

1）时钟信号发送电路与无

稳态电路联系；2）无稳态电路的概念；3）用555组成无稳态电路；4）电路工作原理。

2.2.4 单稳态电路

1）单稳态电路的概念；2）用555组成单稳态电路；3）电路工作原理；4）使用时应该注意的事项。

2.2.5 双稳态电路

1）双稳态电路的概念；2）用555组成双稳态电路；3）电路工作原理；4）使用时应该注意的事项。

2.2.6 旧知识的融入

1）红绿灯的驱动电路；2）使用开关二极管构成与门电路；3）使用开关二极管构成或门电路；4）CD4017 计数器电路。

2.3 学生实践操作

学生实践操作时按一个一个子项目逐个子项目完成，555简易交通灯的子项目分别是：1）基于555的无稳态电路设计、仿真、验证，完成电路设计并实现其功能；2）基于555的单稳态电路设计、仿真、验证，完成电路设计并实现其功能；3）基于555的双稳态电路设计、仿真、验证，完成电路设计并实现其功能；4）与门电路、CD4017计数器电路的设计、仿真、验证，完成电路设计并实现其功能。

2.4 知识深化

分析操作中存在的问题及解决的方案；归纳555 各个稳态工作的条件；555无稳态、单稳态、双稳态各个电路中波形变化。

2.5 进行proteus仿真验证

实验完成图3所示的仿真电路图，并在proteus中验证结果。

2.6 总结点评

项目实施过程中以小组形式完成，每个小组2～3 位学生，设计成果以小组形式展示，并根据表1所示的考核项目表进行成绩评定。

2.7 任务拓展

1）应用所学的计数器知识如何实现倒计时时间显示？（提示用旧知识74LS192和CD4511）

2）如何根据人流量、车流量改变红绿灯的时间和紧急情况？（提示用数字电路、传感器和单片机结合控制更智能）

3）如果本项目的简易交通灯作为实用新型专利该如何进行创新？（举例子说明创新点，引导学生开展第二课堂的发明创造）3 项目式教学法教学反思数字电子技术课程采用项目式教学法，以学生为中心，侧重学生的“学”，教师在学生的学习中主要起引导的作用[8]。项目式教学法在项目实施中存在许多成功之处，当然也有不足。

3.1成功之处

以项目作为教学内容的切入点，将课堂理论教学与实践教学融于同一教学过程中，学生对学习更加感兴趣，更加认真，教学效果较好。

3.2不足之处

前期实施起来较困难，掌控教学进度较难；前期耗材使用较多，无法预料到项目需要的耗材较多，后面的部分项目只能多人一起完成一个作品。

4 数字电子技术课程改革阶段性成果

通过数字电子技术课程项目式教学的改革，以现实项目为基础进行拓展延伸，鼓励学生多参与课外項目。2019年～2022年，南宁学院智能制造学院学生参加了各式各样的大学生比赛。其中，我院学生在全国大学生电子设计竞赛、全国大学生智能车竞赛、广西高校创新设计与制作大赛中，都取得不错成绩，这些成绩位列广西前茅。南宁学院智能制造学院学生近三年成绩如表2所示。

5 结束语

通过几年对数字电子技术课程改革与探索，将多个项目融入课堂中，采用项目式教学方法将教学内容与项目有机结合。学生在课程项目学到理论知识与项目设计相关知识，既激发了学生的学习兴趣，又能提高学生的项目实践能力。