数字电路课程实践教学效果

导语：数字电路课程实践教学效果一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要：常规的数字电路课程实验教学多以验证性实验为主，学生的创新能力很难被激发。为培养学生解决实际问题的能力，增加课程设计实践环节，设置以学生为主体的实践项目。通过设计、仿真、实物制作、撰写报告、答辩验收等实践环节，学生巩固了课堂所学的理论知识，培养了探索创新能力。

关键词：数字电路课程；课程设计；实践环节；“学生中心”；能力培养

数字电路是电子信息类专业的学科基础课，可以为单片机原理及应用和数字集成电路设计等后续课程的学习奠定基础，在整个专业课程体系中占有重要地位[1]。该课程由理论教学和实验教学两部分组成。理论教学主要涉及组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲单元电路三个知识点，实验教学是理论教学的辅助。常规的数字电路实验教学一般使用集成电路套件或实验箱，学生按照实验手册搭建电路，完成数据测量并进行结果分析。此类实验多属于验证性实验，以验证电路功能为目的，实验项目单一，很难激发学生的学习兴趣，难以进一步提升学生的设计能力和创新能力[1]。因此，通过增加综合设计性实践课程，即课程设计，搭建理论知识与实际工程设计之间的桥梁，这对于完善现有课程体系、调动学生的积极性、培养学生的自主学习能力、促进学生的创新能力和综合能力提升具有十分重要的意义[2]。

1数字电路课程设计选题

数字电路课程设计的选题应将理论知识和系统设计融为一体，把数字电路的核心知识点最大限度地综合在一起[3]。选题应具有一定的实用性、可扩展性、实现方案多样性等特点，如数码管循环显示电路、多路数显报警器、汽车尾灯控制电路、多路抢答器设计等，可以让学生在课程设计实践过程中充分发挥探索创新精神。以数码管循环显示电路为例。该设计要求实现数码管循环显示数字，同时点亮相应的彩灯。系统框图如图1所示。图1系统框图中的四个模块最大限度地将数字电路的三个主要知识点：组合逻辑电路、时序逻辑电路和脉冲单元电路融合在一起。模块1振荡电路(属于脉冲单元电路)可以输出频率可调的脉冲波；模块2循环计数分频电路(属于时序逻辑电路)用于计数分频且分频值可调；模块3译码显示电路(属于组合逻辑电路)驱动数码管显示相应数字；模块4彩灯循环显示电路实现LED灯循环点亮。图2是参考电路原理图。在图2所示电路中，模块1使用555定时器构成多谐振荡器产生脉冲波，通过调整R1、R2、C2的参数值，获得不同频率的输出波；模块2使用四位二进制计数器(如74LS161)进行计数，实现五分频；模块3使用译码显示驱动模块(如74LS47)译码驱动共阳数码管显示数字；模块4使用译码器(如3/8线译码器74LS138)驱动LED灯循环点亮。在实践过程中，每个模块都有多种不同的实现方案，学生可自主选择，有能力的学生还可以进行电路功能的扩展。

2实践教学方法和手段

数字电路课程设计要求学生完成方案论证及器件选取、电路仿真验证、实物制作及调试、报告撰写及测试答辩。因此，其采用的教学方法和手段不同于实验课。教师在学生进行课程设计的前、中、后期，分别有针对性地安排三次指导。前期准备阶段，主要讲述电路设计的一般方法，明确设计的规范性、单元模块间的接口方式与参数要求、仿真软件的使用、元器件的选取原则，并对各单元模块原理分析及实现方案进行必要的引导；课程设计中后期阶段，教师的指导侧重于强调实物制作及调试过程中的注意事项，如焊接的技巧，工作电压、芯片引脚的连接及测试，电路工作的稳定性与可靠性等。在教师指导下，学生依据设计要求，自主选择时间及设计方案，逐项完成设计内容。一是项目方案论证及器件选取。学生依据自己对课堂相关知识点的熟悉和理解，结合网络资源，选取不同的设计方案实现各模块功能。同时，学生通过查阅资料及手册，熟悉常用电子器件及芯片的功能和使用方法，并根据自己的设计方案选择合适的芯片和元器件。二是电路仿真验证。学生使用EDA仿真软件Multisim或Proteus等搭建设计好的电路，并利用软件中的虚拟仪器对电路进行测量和仿真验证。依据理论公式，反复调试电路参数或更换元器件，进一步完善电路设计方案，从理论上验证设计方案的可行性[4]。三是硬件制作及调试。学生根据仿真电路列出硬件制作所需的元器件清单，学校统一购买后，学生自己动手进行电子线路布线、焊接及调试。学生通过使用直流电源、信号发生器、示波器、万用表等电子仪器，熟悉仪器的使用及电子线路的测试方法，培养独立排除故障的能力，提升工程实践能力。四是报告撰写及答辩。学生根据规范要求撰写设计报告。设计报告的内容包括：设计的目的及任务、设计方案与论证、设计电路与功能说明、电路仿真及验证、硬件制作及调试、设计总结及参考文献。报告的撰写能培养学生严谨的科学态度、踏实细致的工作作风。答辩环节，学生进行实物演示，陈述设计方案及设计过程，同时回答教师的提问。通过答辩，培养学生使用专业术语表达工程问题的能力。

3实践教学效果及持续改进

数字电路课程设计最终要求学生用洞洞板或腐蚀电路板完成实物制作，且预留测试端子，用于答辩验收。我校电子信息类专业大二学生在完成数字电路理论课学习后，进行数字电路课程设计，学生制作的硬件实物及测试结果如图3、图4所示。通过实测及答辩，可以看出每个学生所采用的设计方案、选择的元器件、电路的布线布局、焊接的效果均有所不同，学生在实践过程中各方面能力均得到了有效锻炼和提升，同时避免了相互抄袭的现象。图3硬件实物图图4实物测试效果图学生按要求撰写设计报告，并在报告的总结部分讲述了自己整个项目的实践过程及体会，分享了设计经验、实物制作心得及成功后的喜悦，提升了自信心，这样的教学方式充分体现了“学生中心、成果导向”的工程教育理念。随着课程实践教学的深入开展，教师不断总结经验，收集整理学生的反馈意见，并在此基础上结合实际情况修改实践题目的内容及要求，同时调整教学方式、进度安排、成绩评定标准等，使得数字电路课程设计实践环节的各方面安排更加恰当合理，切实实现“以实践促教学，育有用人才”。

4结语

数字电路课程常规的实验教学内容和方式比较单一，通过增加课程设计实践环节，选择合适的综合设计性实践题目，使学生亲身经历从自选方案设计电路，到实物制作答辩演示的整个设计过程。学生通过实践操作，调动起学习的积极性，巩固了课堂所学的理论知识，激发了对学习的热爱和兴趣，提高了文献资料阅读能力、分析解决问题能力、归纳总结能力及沟通协作能力，培养了自主学习和终身学习意识，综合素质得到全面提升。

参考文献

[1]罗霞,罗阔,李震.新工科背景下专业创新实践大平台研究与探索[J].中国教育技术装备,2020,(19):126-130.

[2]张庆顺,刘鑫.新工科背景下的数字电路课程设计创新与实践[J].中国现代教育装备,2020(6):64-65.

[3]梁丽.数字电子技术课程实践教学的改革与实践[J].中国现代教育装备,2018(10):19-21.

[4]孙洪颖,李纬华,杨永.基于应用型创新人才培养的电子技术课程设计改革[J].电子世界,2018,(24):30-31.

作者：郭映 张祖锋 单位：天津理工大学集成电路科学与工程学院 天津理工大学电气工程与自动化学院