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【摘要】作為電子技術(shù)學(xué)習(xí)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》起著舉足輕重的作用,有著較強的理論特點和工程實踐性。針對本門課在教學(xué)過程中存在的困難,結(jié)合一線教學(xué)經(jīng)驗,對教學(xué)方法進行創(chuàng)新,以“模擬到數(shù)字”、“數(shù)學(xué)到邏輯”、“分立到集成”、“理論到實踐”四種思維方式的轉(zhuǎn)變貫穿課堂教學(xué),達到了較好的授課效果。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字電子技術(shù);模擬;分立;集成
1引言
《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》(以下簡稱“數(shù)電”)是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業(yè)在電子技術(shù)方面的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,具有自身的體系和很強的實踐性?!皵?shù)電”的前繼課程為模擬電子電路,后續(xù)課程是微型計算機原理,起著承上啟下的作用。如何學(xué)好這門課程?經(jīng)驗來談,學(xué)生在經(jīng)過《電路》和《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》兩門課程的學(xué)習(xí)后,往往將“數(shù)電”的學(xué)習(xí)理解為物理電路的學(xué)習(xí),其思維方式也還局限在連續(xù)、模擬概念上,沒有形成離散的、數(shù)字化的概念,缺乏對知識的思考和總結(jié)。而這種思維模式的轉(zhuǎn)變,也正是取決于教師的課堂引導(dǎo)[1]。因此,要教好和學(xué)好“數(shù)電”這門課,思維方式轉(zhuǎn)變必然成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中不容忽視的問題。具體來說,將思維方式的轉(zhuǎn)變歸納為以下幾點,即:“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變;“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變;“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變;“理論”到“實踐”的思維轉(zhuǎn)變。
2思維方式的轉(zhuǎn)變
2.1“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變
由于一般院校的課時安排都是先開《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》,幾周后《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》再開課,學(xué)生容易搞不清楚這兩門課差別究竟在何處。因此,在“緒論”部分,應(yīng)該重點介紹“模擬”和“數(shù)字”的區(qū)別,使同學(xué)們有一個從“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變。運用直觀的方法,使學(xué)生將兩種截然相反的概念聯(lián)系在一起,要想建立數(shù)字概念,必須通過已經(jīng)掌握的“連續(xù)”概念來建立[2]。(表1)模擬電路的重點是物理電路,而數(shù)字電路更多地強調(diào)邏輯分析的應(yīng)用。因此,課程學(xué)習(xí)的目的有兩個:其一是基本單元電路的學(xué)習(xí);其二是數(shù)學(xué)邏輯思維的建立。其中,幫助學(xué)生建立起數(shù)學(xué)邏輯思維,不僅對解決學(xué)生數(shù)學(xué)電路難學(xué)、難理解問題產(chǎn)生作用,對后續(xù)專業(yè)課的進一步學(xué)習(xí)也意義重大。因此,在分清“模擬”與“數(shù)字”兩種信號及電路的區(qū)別基礎(chǔ)上,討論關(guān)于從“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變。
2.2“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變
數(shù)字電子分為數(shù)字邏輯技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)。前者是用數(shù)學(xué)方法研究和處理事件之間的邏輯關(guān)系,后者是研究數(shù)字邏輯的電路實現(xiàn)方法?!斑壿嫶鷶?shù)”只是分析數(shù)字電路的一個工具,“0”和“1”僅代表因果關(guān)系,而并非具有大小含義[3]??梢越柚唧w的實例來適應(yīng)從數(shù)學(xué)思維到邏輯思維方式的轉(zhuǎn)變。用生活中的常見實例來解釋“邏輯”的概念。三地各有獨立控制開關(guān),用A、B、C來表示。任意閉合一個開關(guān),燈亮;任意閉合兩個開關(guān),燈滅;三個開關(guān)同時閉合,燈亮。因為燈只有兩種狀態(tài)(“亮”和“滅”);三個開關(guān)也各有兩種狀態(tài)(“打開”和“閉合”),建立邏輯關(guān)系時,就可以用“1”和“0”來表示截然相反的兩種狀態(tài)。當(dāng)把一個工程問題描述為數(shù)字邏輯系統(tǒng)時,就意味著不再關(guān)心數(shù)量的大小及相互影響,只關(guān)心各個事件間的邏輯關(guān)系。通過這樣一個簡單的對比,加深了對“邏輯”一詞的理解,抓住了數(shù)字邏輯電路課程的特點,與數(shù)值大小無關(guān)。
2.3從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的重大進展,數(shù)字邏輯器件已在短時間內(nèi)從分立元件發(fā)展到中、小規(guī)模的集成電路,直到目前常用的大規(guī)模和超大規(guī)模的可編程邏輯器件(PLD)。在前續(xù)的“電路”及“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程中對電子分立元件(如:電阻、電容、電感、二極管、三極管等)的內(nèi)在特性做了詳細介紹。在“數(shù)電”的學(xué)習(xí)中,應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變,將學(xué)習(xí)重點放到中小規(guī)模集成電路上,用時引入大規(guī)模集成電路VLSI(包括PAL\GAL\FPGA\CPLD等)和簡單VHDL語言的內(nèi)容以體現(xiàn)“新”。大規(guī)格集成硬件集成電路集成———可編程邏輯器件(PLD)系統(tǒng)集成———片上系統(tǒng)(SoC!)軟件設(shè)計———電子設(shè)計自動化(EDA"$$$$$$#$$$$$$%)大規(guī)模集成電路組成
2.4從“理論”到“實踐”的思維轉(zhuǎn)變
“數(shù)電”這門課具有較強的實踐性。純粹的理論會使學(xué)生感覺枯燥乏味,而單純的應(yīng)用缺少扎實的理論基礎(chǔ),也不可取。因此,在確保理論完整性的前提下,要把實踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)能力的主要方式。學(xué)生可以通過課堂仿真實驗來驗證所學(xué)的知識點,盡可能多地了解數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法。改變傳統(tǒng)的僅獲取課本的理論知識就達到學(xué)習(xí)目的這一想法,盡可能多地接受與“數(shù)電”相關(guān)的工程實踐訓(xùn)練,有助于學(xué)生建立工程思維觀念,從工程實際的角度去思考和處理問題,用近似的和等效的觀點去分析事物,開啟創(chuàng)造性思維方式。
3結(jié)語
在“數(shù)電”課程的學(xué)習(xí)過程中,實現(xiàn)思維方式轉(zhuǎn)變是一個非常重要的過程,可以從整體上把握數(shù)字邏輯電路課程的基本思想,從而為深入理解所學(xué)知識,實現(xiàn)思維方式的轉(zhuǎn)變,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ),實現(xiàn)“數(shù)字—邏輯—集成—實踐”思維模式的建立。
【參考文獻】
【1】陳文楷,徐萍萍,崔剛.《數(shù)字電子技術(shù)》課程體系和內(nèi)容改革的體會[J].華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2006(7):39-40.
【2】劉曉娟.從“模擬”思維到“數(shù)字”思維———略論數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)中思維方式的引導(dǎo)[J].職教通訊,2005(8):35-37.
【3】周偉英.工科學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)的改革與實踐—以“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程為例[J].中國電子教育,2011(1):61-64.
作者:丁巖松 王曉麗 薛海鷹 單位:陸軍裝甲兵學(xué)院