试论“数字电路”实践教学改革

摘 要：本文介绍了目前各高校数字电路实验教学的现状与普遍存在的问题，数字电路实践教学改革的意义，并提出了从教学大纲、实践教学方式、内容、手段到管理制度等一系列的改革思路。

关键词：数字电路；实践教学；仿真软件

中图分类号：TN79-4

目前，我国的数字电路课程，所涉及的类别比较广泛，例如：在电力、自动化、电子信息、计算机等专业中都是非常重要的基础课程。通过学习这门课程，对学生后续专业课的学习来说，不仅奠定坚实的基础，在实际应用中，还具有极强的逻辑性和实用性，同时又培养学生动手能力和创新能力。

现今，越来越多会数字电路的分析、设计，和应用FPGA 技术的学生，受用人单位青睐，这更是数字电路课程教学意义重要的直接体现 。而其中的实践教学的地位占据所有高校电类专业之首，是培养电类学生现代工程能力的重要环节，更是所有高校电工电子实验中心教学工作的重要目标准则。但是我国现阶段很多高校对本门课的教学任然存在着重理论，轻实践的问题，这不但造成了学生在学习阶段的困难重重，更让毕业生在工作中无法将课本所学与实际情况相联系，出现了理论脱离实际的尴尬局面。这不得不使我们必须认清我们现阶段教学出现的问题和认真考虑改革的措施与方法。

1 目前我国高校“数字电路”实践教学现状

2012年我们小组通过走访、电话咨询、网络查询等方式对我国15所高校（一、二、三本院校各5所）的“数字电路”课程的实践教学现状进行了了解，初步认为目前我国高校在此课程的实践教学中多存在以下问题：

（1）实践教学内容陈旧。验证性实验比例大，综合性、创新型实验少。

（2）实验教学仍然采用“你教我学”的教学模式，学生无法真正通过实验学习来掌握工程技能和方法，偏离了实验课程开设的最主要目标。

（3）实验课教学时数少，多数学校仍然是理论、实验合二为一的开课模式，理论实验比4：1，少数学校已实行实验课单独开课。

（4）大多数院校理论与实践教师分离，仪器设备管理仍然由实验室统一管理，没有实现真正的开放。

（5）实验设备还以实验箱为主，仿真软件使用较少。

2 实践教学改革的意义

在科学技术飞速发展的今天，微电子技术和计算机技术的研究取得的重大进展，其中，数字逻辑器件的升级就是直接的体现样板，它已经由以前中、小规模的TTL集成电路发展到现今大规模、超大规模的可编程逻辑器件（PLD）。同时，在数字电路的研究和实现方面也发生转变，近而促使数字电子技术在实验内容、教学方式、实验手段和考核方式方面不断的更新和完善。相比之下，传统的实验教学模式已经不能适应现代电子技术发展的需求，所以电子技术实验教学模式进行改革，是科学发展的必然趋势。只有改革实践教学才是工科专业学生的出路。而实践证明，各个高校只有找到适合自身发展，符合教学规律的好方法，好手段才能达到真正改革的目的，才能真正推动工科专业稳步发展。

3 数字电路实践教学改革的具体措施

3.1 教学大纲与教学内容应与时俱进

课程教学大纲是课程教学的灵魂与依据。要想对“数字电路”课程教学进行改革，必须要使教学大纲与时俱进，快速适应数字电子技术的发展与社会对本课程所涉及知识的要求。当前科学技术的发展日新月异，特别是电子技术、计算机技术以及芯片技术的发展非常迅速。教学大纲应该不断地进行改革，在保证“数字电子技术”基本知识、基本理论的前提下，使教学内容体系有新的变化。本门课的教学大纲应包括理论教学大纲与实践教学大纲。

我们可以这么理解，在如今的理论体系和理论教育前提之下，我们在实际的操作过程当中必须要以完善的教学理念和教学设计来入手，循序渐进为学生进行知识的传播和普及。我们在实际教授这部分的内容的时候一档注意教学大纲关于这方面的入手和分析不断完善这部分的理念性分析，从基本电路入手具体的进行分析方法和设计方法的教学。特别值得一提的是在这一部分内容当中大规模的集成电路的分析和应用时重点。我们要以此为契机不断完善整个教学内容的的合理性优化和恰当的进行教学改革。在理论上我们要使得学生逐步掌握电路的优化设计和优化改革，逐步完善关于电路的特性分析和实际应用为重点环节在具体进行理论教学。

在实践教学大纲方面应该多引入一些综合性、开放性试验，减少验证性实验。实验的引入不但要与课程内容相关，更要能自成体系，能够体现新技术，新思想。要能调动学生的积极性和主动性，真正起到锻炼学生的动手能力与创新思维能力的培养。如在做基本门电路实验时，可以让学生直接做一个可变霓虹灯，而不必再做门电路性能的测试；在需要做组合逻辑电路的实验时，我们可以限定要求让其做一个带有否决权的抢答器等等。

3.2 实践教学方式的改革

“数字电路”课程的传统的教学方式基本都是将实验课程穿插于理论课程之中。本门课的总课时量大多在64左右，实验学时在12-16个学时。这样就使本不充足的课时显得捉襟见肘。并且期末统一考核，这在无形中偏重了理论知识的考核。为了真正加强实践教学，应该将实验课程与教学课程独立设课，其中“数字电子技术”与“模拟电子技术”中的实验部分合并为一门新的课程，即“电子技术实验”。建议总课时64左右，各占50%。考评方式不再是单纯的理论考试，而是要注重学生实际能力的考核，这样才能使教学重点放到能力的培养上，切实培养学生分析问题、解决问题的能力，开拓学生的创新精神，提高学生综合素质，更快更好地与社会需求接轨。现在已有个别院校在尝试这么做了，据反映效果很好。

3.3 实践教学内容的改革

实验课程独立设课，必然增加了实践课时，但我们绝不能简单的以增加实验课时为目的，要对这些课时科学合理的安排。实践教学多以三种形式出现，分别是问题的提出、基本技能训练和项目工程设计。所以：

（1）首先开设的是基础性实验，包括TTL门电路静态特性测试、触发器和记数器的应用、组合逻辑电路测试与分析、简单VHDL程序编写以及FPGA编程等等。

（2）接下来，开设的是综合性实验。这里应提供多个可供选择的不同实验，此实验不要求每组学生完成所以实验内容，但必须选作至少2个。比如：实用交通灯控制电路的设计与数字滤波器的设计。

（3）最后一个阶段，由学生自由选题，自由组队，按时完成一个数字系统的设计工作（即课程设计）。一般两到三个人组成一个开发小组，由实验室提供参考实验室题目与要求（也可由学生自己选题），选择一个难易适当能够及时完成的课题。在经过指导老师同意的情况下，可以进行项目验收答辩，并进行功能演示。

（4）最后撰写项目报告，并作为该门课程总成绩的重要依据之一。

3.4 实践教学条件及手段改革

针对于这种情况，我们应该建立“软硬”相结合的实验环境。“软”则指利用各种仿真软件实现对各种电路的仿真设计，这样将大大节约电路的设计成本与设计时间，并且各种EDA技术成熟，仿真软件众多，易于掌握，使用方便、灵活。如：Protel软件；MUSITEM软件；QUARTUS软件等等。“硬”则指保留传统的试验箱，面包板及各种仪器设备。掌握各种仪器设备及元器件的测试也是非常重要的，毕竟我们以后要与实际电路打交道的。“软硬”的教学条件与手段我们要两手抓，不能顾此失彼。

3.5 管理体制改革

教学改革的顺利进行必须有一整套更科学的和严格的实验管理制度来保障。我们应该对实验管理制度上做以下改革：

（1）加强理论课教师在实践课中的作用

由于理论教学与实践教学是密不可分的整体，因此建议理论课教师也要参与部分实验指导工作，同时规定理论课教师在每周理论课上安排15到20分钟的时间对本周要完成的实验做一个简单的介绍 ，并对前面完成的实验做适当的讲评。

（2）新的器材管理改革

现在几乎使用的高校对实验室器材的管理都采用实验室统一管理，实验室开发也是有时间限制，这样造成了学生如果在宿舍晚上想搞实验就非常困难，所以我认为：我们可以采取实验器材按班级管理制度，在开学初由班长到器材室统一借用实验所需各种器材，都全部实验完成后再统一归还，如有损坏，按班级进行赔偿。我们为每一个学生配备了一块大的面包板，学生可以在宿舍进行电路连接 ，到实验室只作调试 ，这样可大大减少对实验室的压力。

（3）考核管理改革

传统的对本门课的考核主要以理论考核为主，大多数院校则将实验成绩以15%-20%计入最后总成绩，这样则不能调动学生做实验的积极性。我认为可以目标考核为主、过程考核为辅，重新调整实验成绩的构成比例。如果以单独设课的方式，考核则可实行平时占总成绩20%，基础性实验占20%，综合性实验占30%，课程设计占30%。

4 小结

学生最后是否掌握知识体现在能不能分析和解决实际问题。在数字电路实践教学过程中，我们建议：电子技术实验课单独设课；压缩基础性、验证性实验的时间，以项目小组的形式来组织教学实践活动；建设“软硬”相结合的实践教学环境及相应的实验管理体制。

由于实践教学改革的内容和方式将会有较大的变化，老师和学生会有一个适应的过程。在项目选题方面（实践内容），如何把握项目的难易程度，并保证教学质量，确实需要认真研究。同时，在学生进行项目设计的过程中，怎样更好引导、督促学生按时完成计划，也是一个值得研究的问题。

参考文献：

[1]徐莹隽.基于开放教学模式的数字逻辑电路实验教学改革[J].南京：电气电子教学学报，2006-12（6）.

[2]王风华.电工电子实践的全面开放式教学模式[J].南京：电气电子教学学报，2005（10）：78-81.

[3]胡仁杰.营造开放的实验教学环境开展开放式自主实验教学[J].实验室探索和研究，2006（7）：822-826.

作者单位：西安翻译学院工程技术学院，西安 710105