数字电子技术课程思政教学实践探索

王莉 王磊 李冠霖

航天工程大学 北京 101410

0 引言

根据《纲要》要求课程思政的建设需结合不同学科专业的特色和优势[1]，笔者所教授的专业包含光电信息科学与工程和通信工程等工程类专业，这类电子信息类学科专业对知识的时代性、创新性要求较高，这类学科专业人培中要求他们具有科学思维方法和较强的创新能力，针对数字电子技术这类的理工类的专业基础课，以及我校培养航天人才的使命，笔者认为课程思政的重点要放在培养学员的科学思维方法和创新能力上。

1 课程思政元素挖掘

在结合专业知识体系挖掘思政元素时，围绕这个育人目标，结合马克思主义方法论和数字电子技术这门课程知识在航天系统上的具体应用。由此，经过收集整理，得到如下所示数字电子技术知识点和思政元素。

第一章：数制和码制

第一节：概述

知识点：电子技术发展史。

教学目标：激起学员自主学习动力和激情。

思政元素：介绍电子管发明者事迹。

第一章：数制和码制

第五节：几种常用的编码

知识点：格雷码

教学目标：说明学习和做事要一步一个脚印，培养学员踏实肯干的精神。

思政元素：讲述格雷码编码规则。

第二章 逻辑代数基础

第二节 基本逻辑门

知识点：格雷码

教学目标：启发学员应该积极支持并恪守各级政府和学校的新冠防疫措施。思政元素：讲述格雷码编码规则。

思政元素：通过介绍2019年年底暴发的新冠疫情，可以看成一对非逻辑关系，具体为，以“感染新冠病毒”为输入量，人体“健康绿码”为输出量，构造“逻辑非”函数，生动形象讲解“逻辑非”内涵。

第二章 逻辑代数基础

第五节 逻辑函数及其描述方法

知识点：逻辑函数描述方法

教学目标：培养学员发散思维能力。

思政元素：介绍逻辑函数有多种表示方式。

第二章 逻辑代数基础

第六节 逻辑函数的化简方法

知识点：卡诺图化简

教学目标：激励学员在学习和工作中应具有创新意识。

思政元素：通过介绍卡诺图的由来及应用。

第二章 逻辑代数基础

第七节 具有无关项的逻辑函数及其化简

知识点：无关项化简

教学目标：培养学员在处理问题中应抓住关键重点主要矛盾，提高整体凝聚力战斗力。

思政元素：结合无关项取0 取1 的条件。

第三章 门电路

第二节 半导体二极管门电路

知识点：半导体二极管门电路

教学目标：培养学员在处理问题中应抓住关键重点主要矛盾，提高整体凝聚力战斗力。

思政元素：美国对中兴通信和华为卡脖子事件。

第三章 门电路

第三、四节：CMOS 门电路 TTL 门电路

知识点：CMOS 门电路 TTL 门电路

教学目标：培养学员工作中探索创新精神。

思政元素：讲述集成电路发展现状，摩尔定律规律不能延续，国内外学者探索各种不同器件来替代现有CMOS 和TTL 技术。

第四章 组合逻辑电路

第一节：概述

知识点：组合逻辑电路

教学目标：引导学员正确看待个体与整体的辩证关系。

思政元素：实际问题的逻辑分析与实现需每个门电路的共同配合。

第四章 组合逻辑电路

第三节：组合电路设计

知识点：组合逻辑电路

教学目标：引导学员正确看待整体和部分的关系。

思政元素：从组合逻辑电路的和设计方法、步骤及流程。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：编码器内部结构

教学目标：培养学员的节约意识、浪费可耻意识、“绿水青山”意识。

思政元素：实现同样逻辑功能的电路选用的元器件越少，对环境污染程度越低。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：编码器内部结构

教学目标：培养学员的节约意识、浪费可耻意识、“绿水青山”意识。

思政元素：实现同样逻辑功能的电路选用的元器件越少，对环境污染程度越低。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：显示译码器

教学目标：螺丝钉使命意识，引导学员正确看待个体与整体的辩证关系

思政元素：讲解实际经典芯片7448,实现灭零需要灭零输入端与灭零输出端配合使用。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：数据选择器

教学目标：明确“实践是检验真理的唯一标准”并强调要有规则意识

思政元素：设计例题智能红绿灯。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：加法器

教学目标：体现夯实基础，万物皆通。

思政元素：加、减、乘和除四种算术运算都可以通过加法器实现。

第四章 组合逻辑电路

第四节：若干常用组合逻辑模块

知识点：超前进位加法器

教学目标：超前意识，持续自主创新。

思政元素：超前进位加法器知识点，核心是代入定理的应用，指引学员结合集成电路认清我国和发达国家的差距。

第五章 半导体存储电路

第一节：概述

知识点：存储器发展过程

教学目标：工匠精神和探索精神。

思政元素：讲授存储器发展过程中引入对计算机存储程序做出巨大贡献的科学家的工匠精神和探索精神，不断地提升学生学习的积极性和内动力，大力发展国产化内存条，激发学员责任感和爱国情怀。

第五章 半导体存储电路

第二节：SR 锁存器

知识点：SR 锁存器

教学目标：殊途同归

思政元素：讲授SR 锁存器时介绍其与非门和或非门组成的两种结构，殊途同归。实现方式不同，但是最终实现功能一致。

第五章 半导体存储电路

第三节：JK 触发器

知识点：JK 触发器

教学目标：自主创新能力

思政元素：在讲授JK 触发器功能时，强调通过不同输入端接线构成不同触发器，提高自主创新能力。

第五章 半导体存储电路

第三节：JK 触发器

知识点：小结触发器

教学目标: 启发每个国家、社会成员必须遵循该国相应的法律、法规，这样才能获得“真正自由”。

思政元素：小结时讲授触发器在时钟脉冲的作用下，才能有序完成电路的时序逻辑功能。

第五章 半导体存储电路

第五节：存储器

知识点：存储器

教学目标：激发学员科技强国的爱国情怀。

思政元素：国外对DRAM、Flash 等存储器的垄断，我国存储企业被制裁等案例，激发学员科技强国的爱国情怀。

第六章 时序逻辑电路

第二节：时序逻辑电路的分析方法

知识点：同步时序逻辑电路

教学目标：引导学员注重协作精神。

思政元素：讲授同步时序逻辑电路的分析方法，时钟信号如同队伍行进中1、2、1 的口号，认识到团队协作的重要性。

第六章 时序逻辑电路

第三节：若干常用的时序逻辑电路

知识点：计数器

教学目标：体会数字电子技术在航天工程中的重要地位。

思政元素：1）通过观看神舟十二号载人飞船成功发射倒计时视频，引入本次课。使学员体会数字电子技术在航天工程中的重要地位，鼓励学员学好现在的基础知识，更好为中国航天事业做贡献；2）通过在航天器研制中，利用频率计数器来测量信号频率来引入本次课程内容，计数器。计数器是构成频率计数器的一个重要组成部分；3）同步时钟作用，注重团结协作精神；4）在讲解置零法和置数法的原理时，培养学员辩证看待问题的科学精神。

第六章 时序逻辑电路

第四节：时序逻辑电路的设计方法

知识点：顺序脉冲发生器

教学目标：培养学员在工作和生活中辩证看待问题的思维方式。

思政元素：在讲解消除竞争—冒险时，与之前所学的方法对比，培养学员思辨的思维方式。

第六章 时序逻辑电路

第四节：时序逻辑电路的设计方法

知识点：同步时序逻辑电路的设计

教学目标：科技报国的爱国情怀、科学思维方法。

思政元素：见微知著，时序逻辑电路的设计是集成电路设计的基础，目前，我国面临着集成电路发展的关键时刻，我国华为这样的企业在突起，科技的发展需要人才，从而培养学员的科技报国情怀和科学思维方法。

第六章 时序逻辑电路

第四节：时序逻辑电路的设计方法

知识点：电路的自启动设计

教学目标：引导学员培养严谨细致、一丝不苟的工作态度。

思政元素：电路的自启动设计说明电路的设计是一个不断改进的过程，培养学员严谨的科学精神。

第七章 脉冲波形的产生和整形电路

第二节：施密特触发电路

知识点：施密特触发电路

教学目标：自然辩证法。

思政元素：施密特触发器与模电的比较，加强辩证法的联系，培养相关性思维。

第七章 脉冲波形的产生和整形电路

第四节：多谐振荡电路

知识点：多谐振荡电路

教学目标：引导学员勇于创新的工匠精神。

思政元素：多谐振荡电路的自激电路说明自驱力的重要性，培养学员积极主动探索的科学精神。

第七章 脉冲波形的产生和整形电路

第五节：555 定时器及其应用

知识点：555 定时器及其应用

教学目标：发扬严谨细致，勇于创新工匠精神。

思政元素：555 定时器的内部制作工艺：应发扬严谨细致，勇于创新的工匠精神。

第八章 数—模和模—数转换

第二节：D/A 转换器的电路结构和工作原理

知识点：D/A 转换器的电路结构和工作原理

教学目标：主动寻求解决办法的科学精神。

思政元素：讲解转换电路的重要性和作用时，引导积极思考、主动交流以提升解决问题的办法和能力。

第八章 数-模和模-数转换

第二节：D/A 转换器的电路结构和工作原理

知识点：D/A 转换器的电路结构和工作原理

教学目标：帮助学员理解这部分内容的航天应用。

思政元素：DAC-88 系列数模(D/A)转换器,适用于需要高速模拟输出的宇航和国防电子领域。讲解转换电路的重要性和作用时，引导积极思考、主动交流以提升解决问题的办法和能力。

第八章 数-模和模-数转换

第四节：A/D 转换器的电路结构和工作原理

知识点：A/D 转换器的电路结构和工作原理

教学目标：坚忍不拔的科学精神、科技报国。

思政元素：讲解逐次逼近型A/D 转换器时，引出做事很多时候是需要逐次逼近，很难做到一步到位，培养学员坚忍不拔的科学精神。

第八章 数-模和模-数转换

第四节：A/D 转换器的电路结构和工作原理

知识点：A/D 转换器的电路结构和工作原理

教学目标：帮助学员理解这部分内容的航天应用。

思政元素：AD10200SZ/883C（5962-9961001HXA）是一款具备双通道、12 位105MSPS 的最小采样的A/D 数模转换器。AD 转换器广泛应用于雷达中频接收机、相控阵接收机、通信接收机、安全通信、GPS 抗干扰接收机、多通道多模接收机。

2 课程思政融入课堂

数字电子技术这门课程是一门具有工程实践性的理工类的课程，本课程的特点是兼具理论和实践的教学[2]。

在理论课程中，课程思政建设教师是主导，老师讲学生听，一对多模式，而在实践课程中，课程思政的建设主角是学生，一对一模式。思政元素有机融入课堂[3]，还需要寻找合适的切入点，所谓合适是指教师在讲授过程中比较舒服，而学生在听的过程中感觉不突兀。

3 课程思政案例

3.1 门电路

【设计思想】通过简述门电路的发展史，以及发展过程中遇到的问题及解决办法，自然而然过渡到集成电路面临的新问题，华为的“卡脖子”事件，通过对事件的陈述以及和所学知识的联系，激发学生创新意识。

【思政元素】创新意识。

【切入点】课中，集成电路的发展史。

【实施过程】首先讲述门电路的由来及发展历程，从分立元件-TTL 到-CMOS 集成电路的发展，及遇到的问题，解决的办法，然后引出中美贸易战的时事新闻[4]以及集成电路当下面临的问题，讲述华为的“卡脖子”事件，以及华为是如何应对的，从而引发学生思考。

【课程思政实施的效果】通过这样把学生们关心的时事政治和现在所学的内容相结合，让学生切身体会到所学知识的用处，从而激发学生自主学习的动力，和自主创新的意识。

3.2 时序逻辑电路的设计

【设计思想】通过利用所学的时序逻辑电路的设计方法，引导学员设计一个自动售票机，将所学知识应用于实践，通过实际的案例培养学生分析问题、解决问题的思路和方法，同时，培养学生严谨的科学思维方法。

【思政元素】严谨的科学思维方法。

【切入点】课中，原始状态转移图的实际应用案例。

【实施过程】根据同步时序电路逻辑电路的设计方法可知，同步时序逻辑电路的设计最重要的是把状态转换图画出来，所以要引导学生根据设计方法设计自动售票机的状态转换图，首先从对题目的分析开始，一点一点，教会学生怎样入手去分析问题、解决问题。作为任课教师要清楚地了解课程的内容，了解每一个知识点的构成，并设身处地地去思考怎样将学生带入课堂，启发学生自己的思考。最后，一个完整的自动售票机的状态图展现，设计的售票机状态简单，但是却不容疏忽，随后举出当年轰动全国的“许霆案”为例，一个ATM 机小小的设计失误，导致银行损失十几万元，也间接导致一个青年需要面临牢狱之灾。这样的案例警示大家，工程类的设计要有科学严谨的思维方法。

【课程思政实施的效果】通过课程中实际案例的引入，培养学员在分析问题、解决问题时科学的思维方法和责任感，使学员对所学知识的应用有更深入的体会。

通过这些典型案例的实施方式，使思政在课程教学中如影随形，必定可以切实提高人才的培养质量和综合素质[5]。

4 结束语

从本文的研究和教学实践发现，每门课程的思政都应是具有自己课程特色的，例如，文中提到的笔者在课程思政挖掘中根据课程特点和人培方案，思政元素可以选用航天应用，这样在和课程结合时，才能不生硬，更加体现润物细无声。

文中列举了两个在数字电子技术教学中的思政案例，透彻地阐明了故事的真谛，以及揭示的真理，真正让学生理解学习的知识和实践的结合和时事的结合，让他们明白学习知识真正可以解决什么问题，从而从内心激发学生的求知欲和正确的价值观，这才是思政的真正意义所在。