以能力培养为导向的数字系统与逻辑设计实验教学改革.docx

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以能力培养为导向的数字系统与逻辑设计实验教学改革

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张雅楠张姗姗

摘要:为了提高学生的实践和创新能力,对数字系统与逻辑设计实验教学进行了改革。包括优化调整实验内容;引入现代化信息技术辅助实验教学;采用启发式教学锻炼学生的逻辑思维能力,引导其自主学习。实践结果表明改革后的实验课程能充分调动学生的积极性,提升了学生的综合实践能力。

关键词:能力培养;实验内容;信息技术;启发性教学

:G642.0:A

:1009-3044(2019)34-0122-02

数字系统与逻辑设计课程是电子信息类专业一门必修的核心专业基础课,具有很强的实践性。实验教学是培养应用型高级工程技术人才的一个非常关键和重要的环节,可以大幅度提升学生的动手能力、理论联系实际的能力和创新思维能力[1]。随着新一轮教学改革的深入,本文以数字系统与逻辑设计实验课程的持续改革为核心,从实验内容、教学手段和教学方法进行了改革探索,从而变实验辅导为实验引导,不断提高学生工程应用能力和自主创新能力。

1实验内容

以往的实验教学明显附属于理论教学,目的主要是验证和加强对部分理论知识点的理解。因此设计的各个实验项目相对独立,关联性不强[2,3],不利于培养学生对数字电路知识的综合应用能力。而且实验项目偏于理论化,脱离日常生活,不利于锻炼学生解决实际问题的能力。针对这些问题,结合多年的教学经验编写了校本实验教材,包括如下实验内容:

1.1合理分配不同类型实验的比例

实验一、四、十、十一以验证内容为主,目的是让学生掌握实验仪器的使用方法、数字逻辑电路的搭建和功能验证方法。其他实验项目以设计性内容为主,只给出集成电路型号和要求实现的功能,不再固定具体的实验步骤,由学生查阅资料,独立完成设计、功能验证、撰写报告的过程。如设计“交通灯故障检测器”“输血适配器”“流水灯电路”等,让学生边做边学,从而锻炼应用数字系统与逻辑设计知识解决实际问题的能力。实验十二为综合设计性实验,用于考核学生对门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路的综合应用、设计能力,以及分析实验现象、排除故障的能力,题目為多选一,如“汽车尾灯控制器”“篮球记分器”“抢答器”等。

1.2实验项目的实用性和趣味性设计每项实验内容时,不再以验证理论教材的知识点为主,而是考虑电路的实用性、趣味性,从而调动学生的兴趣,变被动验证为主动探索,应用理论知识来解决实际问题。如“译码器和数码显示实验”中,为了让学生掌握译码器的片选功能和数码管的显示原理,设计的实验内容为:首先让若干数码管显示“□□”等数字谐音码,然后利用译码器任意控制某个数码管的点亮和熄灭。实验过程中,学生们都积极地进行设计和演示,部分学生的电路结构和显示结果很有新意。

1.3递进式实验内容

实践动手能力的培养必须遵循从基本操作技能到综合设计能力的过渡[4],所以将实验内容分成基本部分和扩展部分,根据学生的具体情况做到因材施教。譬如在完成“触发器构成4位移位寄存器”实验后,有能力的学生可以选做“流水灯电路”的设计,使实践能力得到进一步提升。

2信息技术辅助实验教学

数字系统与逻辑设计实验在实验箱上进行,电路连线复杂容易出错,排查故障困难,极易打击学生的热情。学生设计实验方案时,经常受到实验室现有元器件的制约,不能充分发挥创造性。采用现代化信息技术辅助实验教学是一种行之有效的解决方案。

2.1多媒体技术的应用

多媒体技术具有丰富的表现形式,可以多方位刺激学生的感官,从而提高学习效率。先进的信息技术可以创造出生动形象的教学情境,从而激发学生的兴趣,主动学习。

为了锻炼学生的基本实验技能,我们制作了“数字电路常用仪器”课件,包括实验箱、集成电路测试仪和示波器。制作时采集了大量实物图片,尽量还原现实场景,使学生最大限度地熟悉实验设备。课件具有明确的提示和清晰的导航按钮,使用方便。如鼠标划过仪器图片,屏幕提示该仪器在实验中的作用,并说明点击图片可查看具体的使用过程。课件还充分利用人机交互功能,使学生边浏览边动手操作,切实锻炼实验技能,以便于在真实实验中提高成功率。

为了使学生牢固掌握数字电路理论知识,从而在综合设计实验时能够得心应手,我们制作了“数字系统与逻辑设计实验”课件,内容包括理论知识、故障排查和习题测试。理论知识主要以动画的形式介绍了常用集成电路的封装、型号和逻辑功能;故障排查列举了常见故障现象、可能原因和检查方法,以引导学生自行解决问题;习题测试检查学生的自学情况。

多媒体课件的使用,使学生在任何时间地点都可以进行实验操作训练,从而锻炼动手能力,提高实验效率。

2.2虚拟仿真软件的应用

Multisim14仿真软件非常适合数字系统与逻辑设计实验教学,其自带的元件库涵盖了绝大多数常用电子元器件,可以方便地进行电路的设计与仿真分析[5,6]。虚拟实验

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