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摘要：为贯彻“培养城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才”的办学理念，考虑到数字电子技术课程实践性强的特点，在教学过程中坚持“产学研用”结合，让学生成为课堂内外的真正主体，充分发挥学生的主观能动性，从而达到提高学生创新能力和工程实践能力的目的。实践表明，面向“产学研用”的数字电子技术教学改革不仅能更好地提高学生分析问题和解决问题的能力，还能大力提高学生创新与工程应用的能力。
关键词：数字电子技术；产学研用；创新能力；工程实践能力
作者简介：周来秀（1969-），女，湖南益阳人，湖南城市学院通信与电子工程学院，副教授；蒋练军（1966-），男，湖南安化人，湖南城市学院通信与电子工程学院，教授。（湖南 益阳 413000）
基金项目：本文系2011年湖南城市学院教学改革研究项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0132-02
数字电子技术是电类工科的专业基础课程，对学生后续专业课程的学习有直接的决定性作用，在历届电子竞赛中也少不了数字电子技术的基础知识。该课程不仅具有自身的理论知识体系，同时也是一门实践性很强的课程。[1]
根据湖南城市学院“立足行业，面向基层，强化实践，突出城市主题，‘产学研用’结合，培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才”的办学特色，学院压缩了该课程的理论课时。但考虑到该课程的重要性，有必要探索新的教学方法，使学生能在较少的课时里大幅度提高学习效率。要达到这一目标，最有效的方法是提高学生学习该课程的兴趣，变被动学习为主动学习。为此，教学组必须对传统教学模式进行必要的改革，将数字电子技术课程的理论教学、实验教学和课程设计统筹安排，在理论教学过程中穿插实验教学、理论指导实验，实验巩固理论，进而在课程设计阶段实现创新性设计。
一、面向“产学研用”，改革理论教学
1.明确知识目标，学习价值清晰
教师在理论授课时主要运用项目教学法[2]和Multisim结合的教学模式，[1]且明确每堂课的知识点中哪些内容在设计实用电路时将要运用，在具体电子系统中又将完成何种功能等，让学生认识到本课程确实学有所用。譬如计数器是用得最多的一种时序逻辑器件，主要功能有计数、分频、定时控制、产生节拍脉冲和脉冲序列、数字运算等。在讲授计数器内容时，其功能的应用可以举大家熟悉的产品，如交通灯控制器的绿灯时间、红灯时间及黄灯时间的控制就用到了计数器的定时控制功能。又如数字钟的核心器件是计数器，其时、分、秒的累加及转换就用到了计数器的计数功能；其秒脉冲是石英晶体振荡器产生的高频脉冲经计数器分频后得到的，这里又用到了计数器的分频功能。
2.激发学生热情，学习高效可期
为了充分发挥学生的主观能动性，在教学设计中必须安排一两次让学生上台讲授的机会，讲授内容应是学生通过自学能够讲好的内容。如加法器内容可安排学生讲授，因为加法运算在学计算机基础时已学过，学生对这部分内容较为熟悉，只是没有接触具体电路。在具体操作之前可以先安排自学，然后请学生上讲台把加法器的特点、逻辑功能等讲述清楚。尝试这种方法布置任务后，学生课前课后都在讨论自学内容，并且越主动的学生，其学习效果也越好。
另外，安排两至三次以学生为主导的习题课。先布置几个具有代表性和综合性的作业，要求课后完成，课堂上请几位学生上台把解题思路告诉大家，这样能检验作业是否真正经过自己的思考完成，也能发现完成过程中的知识缺陷。通过这种方式，学生学习的积极性大大提高了，多数学生希望能上台讲述解题思路。经过自学和习题研讨，师生之间、生生之间必然形成积极互动的局面，学生的学习主动性得到极大提高，学习兴趣得以充分激发，同时表达等方面的能力也提高了。
二、落实“产学研用”，强化实验教学
1.针对实际运用，优化实验内容
针对现有的实践技能培养侧重于理论验证性实验问题，在设计数字电子技术课程实验时采用硬件和软件结合的实验模式，对于验证性实验选择在Multisim平台上完成原理电路及实验内容的仿真。而对于较复杂的设计性、综合性实验，则要求学生利用Multisim设计出原理电路，仿真结果正确后再进行实验。
2.设计实验陷井，体会活学活用
在设计实验项目时，有必要设计一些具有陷井特征的综合性实验，即根据设计原理设计出来的电路，在实验时其功能却实现不了的实验。如在学完计数器内容后要求学生用双时钟十进制可逆计数器通过反馈清0的方法构造一个四进制加法计数器。因该计数器的清0端CR为高电平有效，且为异步清0，故要构造四进制加法计数，理论上在Q2端用一根导线与CR直接相联就可以了。实验时用芯片74LS192的学生实验成功，而用芯片CC40192的学生实验失败。原因是反馈清0信号停留的时间太短，芯片中的触发器在动作时间上存在微小差别，使得动作慢的还没来得及清0，CR端上的清0信号就消失了。学生首先怀疑任意进制计数器构造方法的可行性，根本没联想到上理论课时提到的异步清0信号为什么要锁存，经过提示后，利用与非门二次取非来延长清0信号停留时间，最终解决了问题。又如同样用双时钟十进制可逆计数器，通过反馈置数的方法构造一个初态为8的五进制减法计数器。学生设计的电路如图1所示，从图中可看出，计数器减到7（0111）时，在置数端会马上得到一个置数信号0，由于CC40192是异步置数，因此不会显示7，学生观察到的实验现象是输出一直显示8。为什么减不下去了呢？笔者要求学生画出状态转换图，并观察译码状态3（0011）的特点及8以后的数的特点，发现7（0111）和译码状态0011后两位相同，而学生在设计电路时只注意了译码状态，通过提示，学生修改后的电路如图2所示，最后成功实现了初态为8的五进制减法计数器功能。通过计数器这个实验，学生更加深刻地体会到：在利用所学知识指导实践时，应根据具体问题具体分析，活学活用，不能生搬硬套。 另外，在数电技术实验教学中，排除故障是提高学生分析、解决实际问题能力的最有效途径。[3]在学生实验过程中，可能会出现这样或那样的故障，有些是设备或元器件的问题，有些是人为因素。当学生实验出现故障时，指导老师应启发学生思维，让学生自己发现故障原因并排除故障。
三、贯彻“产学研用”，创新课程设计
经过系统的理论学习和实验之后，学生的理论水平和动手能力提高了，为进一步培养综合能力和创新能力打下了基础。于是，在结课之后再集中两周时间进行数字电子技术课程设计，以“产学研用”结合的形式完成该课程最后的学习环节。具体流程：第一周在学校完成，主要是确定设计方案和Multisim仿真，要求仿真结果符合设计要求。第二周在产学研实习基地制作实物。课程设计时将学生按20人一组分组，每组指派一个老师全程指导，指导老师为负责组的学生每人提供一个设计项目，每个项目都有设计要求和指标。项目一般来自生产实际和生活，是大家熟悉的产品。学生选题后，可拓展设计内容，也可以选自己更有兴趣的题目，但一般必须每人一个题目，或者相同题目有不同实现方法。另外，课程设计期间，要求不同组的学生在不同实验室上机查资料及仿真，指导老师则跟踪在相应实验室。
1.基于Multsim的电路设计过程
学生选题后，老师要引导学生查阅文献资料，并要求学生在四天之内确定设计方案。在设计过程中遇到问题时可与同学和老师讨论。在课程设计过程中，学生由于设计经验不足，一次性成功概率不高，因而可能经历反复修改电路的情况。如果按照传统的电路设计方法，项目原理电路一画出来就进行实物的制作，可能出现这种情况：做好实物后验证时却发现电路有错，最后只得修改设计，然后又重新制作。这样不仅容易损坏元器件，浪费资源，还会耽误许多时间。且课程设计时学生多，会用到很多芯片，让学生都在实验室完成电路的设计制作与验证不现实，因学院一般可做实物的实验室有限，而能上机的实验室较多。如果借助Multisim软件（因EDA课程是下学期开课，此次课程设计不用EDA辅助设计）对设计电路先仿真，发现有错时可轻而易举地修改电路，也不需用实物，因而可节约硬件资源，缩短设计时间，提高效率。因此，课程设计过程中，方案初步确定后先用Multisim软件搭建电路，然后针对每一条设计要求和指标进行仿真，如仿真结果不正确，就在Multisim平台上修改电路。
2.制作实物及上交材料
设计电路经Multisim仿真无误后，组织学生去实习基地制作实物。在实习基地主要学习制板、练习焊接以及调试，直到实验结果正确。实物做好后，紧接着写课程设计报告，并于第二周星期五时学生上交课程设计材料：实物及课程设计报告。实物验收时，学生应根据设计任务要求和指标进行实验。课程设计报告则按照工科论文格式书写，要求有电路原理框图、单元电路设计及工作原理介绍、总电路及工作原理介绍、仿真（或实验）结果与分析、总结及参考文献等。
四、结论
在数字电子技术课程教学过程中，为找到一种适合培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才的教学方法，以“产学研用”为指导，以提高学生学习兴趣、激发学生主动学习的欲望、提高学生工程实践和创新能力为目标，最终达到提高教学质量和应用水平的目的，对该课程理论、实验、课程设计等环节进行教学改革，取得了良好的教学效果，并为后续专业课程的学习、毕业论文的撰写和科研开发奠定了基础。
参考文献：
[1]周来秀，蒋练军.项目与Multisim结合，探索数字电子教学新模式[J].电脑知识与技术，2011，7（25）：6288-6289.
[2]王视环.项目教学法在移动通信课程中的应用探讨[J].南京邮电大学学报，2010，12（4）：117-120.
[3]张大平.数字电子技术实验与学生综合素质培养[J].中国电力教育，2012，48（6）：104-105.
关键词：数字电子技术；产学研用；创新能力；工程实践能力
作者简介：周来秀（1969-），女，湖南益阳人，湖南城市学院通信与电子工程学院，副教授；蒋练军（1966-），男，湖南安化人，湖南城市学院通信与电子工程学院，教授。（湖南 益阳 413000）
基金项目：本文系2011年湖南城市学院教学改革研究项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0132-02
数字电子技术是电类工科的专业基础课程，对学生后续专业课程的学习有直接的决定性作用，在历届电子竞赛中也少不了数字电子技术的基础知识。该课程不仅具有自身的理论知识体系，同时也是一门实践性很强的课程。[1]
根据湖南城市学院“立足行业，面向基层，强化实践，突出城市主题，‘产学研用’结合，培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才”的办学特色，学院压缩了该课程的理论课时。但考虑到该课程的重要性，有必要探索新的教学方法，使学生能在较少的课时里大幅度提高学习效率。要达到这一目标，最有效的方法是提高学生学习该课程的兴趣，变被动学习为主动学习。为此，教学组必须对传统教学模式进行必要的改革，将数字电子技术课程的理论教学、实验教学和课程设计统筹安排，在理论教学过程中穿插实验教学、理论指导实验，实验巩固理论，进而在课程设计阶段实现创新性设计。
一、面向“产学研用”，改革理论教学
1.明确知识目标，学习价值清晰
教师在理论授课时主要运用项目教学法[2]和Multisim结合的教学模式，[1]且明确每堂课的知识点中哪些内容在设计实用电路时将要运用，在具体电子系统中又将完成何种功能等，让学生认识到本课程确实学有所用。譬如计数器是用得最多的一种时序逻辑器件，主要功能有计数、分频、定时控制、产生节拍脉冲和脉冲序列、数字运算等。在讲授计数器内容时，其功能的应用可以举大家熟悉的产品，如交通灯控制器的绿灯时间、红灯时间及黄灯时间的控制就用到了计数器的定时控制功能。又如数字钟的核心器件是计数器，其时、分、秒的累加及转换就用到了计数器的计数功能；其秒脉冲是石英晶体振荡器产生的高频脉冲经计数器分频后得到的，这里又用到了计数器的分频功能。
2.激发学生热情，学习高效可期
为了充分发挥学生的主观能动性，在教学设计中必须安排一两次让学生上台讲授的机会，讲授内容应是学生通过自学能够讲好的内容。如加法器内容可安排学生讲授，因为加法运算在学计算机基础时已学过，学生对这部分内容较为熟悉，只是没有接触具体电路。在具体操作之前可以先安排自学，然后请学生上讲台把加法器的特点、逻辑功能等讲述清楚。尝试这种方法布置任务后，学生课前课后都在讨论自学内容，并且越主动的学生，其学习效果也越好。
另外，安排两至三次以学生为主导的习题课。先布置几个具有代表性和综合性的作业，要求课后完成，课堂上请几位学生上台把解题思路告诉大家，这样能检验作业是否真正经过自己的思考完成，也能发现完成过程中的知识缺陷。通过这种方式，学生学习的积极性大大提高了，多数学生希望能上台讲述解题思路。经过自学和习题研讨，师生之间、生生之间必然形成积极互动的局面，学生的学习主动性得到极大提高，学习兴趣得以充分激发，同时表达等方面的能力也提高了。
二、落实“产学研用”，强化实验教学
1.针对实际运用，优化实验内容
针对现有的实践技能培养侧重于理论验证性实验问题，在设计数字电子技术课程实验时采用硬件和软件结合的实验模式，对于验证性实验选择在Multisim平台上完成原理电路及实验内容的仿真。而对于较复杂的设计性、综合性实验，则要求学生利用Multisim设计出原理电路，仿真结果正确后再进行实验。
2.设计实验陷井，体会活学活用
在设计实验项目时，有必要设计一些具有陷井特征的综合性实验，即根据设计原理设计出来的电路，在实验时其功能却实现不了的实验。如在学完计数器内容后要求学生用双时钟十进制可逆计数器通过反馈清0的方法构造一个四进制加法计数器。因该计数器的清0端CR为高电平有效，且为异步清0，故要构造四进制加法计数，理论上在Q2端用一根导线与CR直接相联就可以了。实验时用芯片74LS192的学生实验成功，而用芯片CC40192的学生实验失败。原因是反馈清0信号停留的时间太短，芯片中的触发器在动作时间上存在微小差别，使得动作慢的还没来得及清0，CR端上的清0信号就消失了。学生首先怀疑任意进制计数器构造方法的可行性，根本没联想到上理论课时提到的异步清0信号为什么要锁存，经过提示后，利用与非门二次取非来延长清0信号停留时间，最终解决了问题。又如同样用双时钟十进制可逆计数器，通过反馈置数的方法构造一个初态为8的五进制减法计数器。学生设计的电路如图1所示，从图中可看出，计数器减到7（0111）时，在置数端会马上得到一个置数信号0，由于CC40192是异步置数，因此不会显示7，学生观察到的实验现象是输出一直显示8。为什么减不下去了呢？笔者要求学生画出状态转换图，并观察译码状态3（0011）的特点及8以后的数的特点，发现7（0111）和译码状态0011后两位相同，而学生在设计电路时只注意了译码状态，通过提示，学生修改后的电路如图2所示，最后成功实现了初态为8的五进制减法计数器功能。通过计数器这个实验，学生更加深刻地体会到：在利用所学知识指导实践时，应根据具体问题具体分析，活学活用，不能生搬硬套。 另外，在数电技术实验教学中，排除故障是提高学生分析、解决实际问题能力的最有效途径。[3]在学生实验过程中，可能会出现这样或那样的故障，有些是设备或元器件的问题，有些是人为因素。当学生实验出现故障时，指导老师应启发学生思维，让学生自己发现故障原因并排除故障。
三、贯彻“产学研用”，创新课程设计
经过系统的理论学习和实验之后，学生的理论水平和动手能力提高了，为进一步培养综合能力和创新能力打下了基础。于是，在结课之后再集中两周时间进行数字电子技术课程设计，以“产学研用”结合的形式完成该课程最后的学习环节。具体流程：第一周在学校完成，主要是确定设计方案和Multisim仿真，要求仿真结果符合设计要求。第二周在产学研实习基地制作实物。课程设计时将学生按20人一组分组，每组指派一个老师全程指导，指导老师为负责组的学生每人提供一个设计项目，每个项目都有设计要求和指标。项目一般来自生产实际和生活，是大家熟悉的产品。学生选题后，可拓展设计内容，也可以选自己更有兴趣的题目，但一般必须每人一个题目，或者相同题目有不同实现方法。另外，课程设计期间，要求不同组的学生在不同实验室上机查资料及仿真，指导老师则跟踪在相应实验室。
1.基于Multsim的电路设计过程
学生选题后，老师要引导学生查阅文献资料，并要求学生在四天之内确定设计方案。在设计过程中遇到问题时可与同学和老师讨论。在课程设计过程中，学生由于设计经验不足，一次性成功概率不高，因而可能经历反复修改电路的情况。如果按照传统的电路设计方法，项目原理电路一画出来就进行实物的制作，可能出现这种情况：做好实物后验证时却发现电路有错，最后只得修改设计，然后又重新制作。这样不仅容易损坏元器件，浪费资源，还会耽误许多时间。且课程设计时学生多，会用到很多芯片，让学生都在实验室完成电路的设计制作与验证不现实，因学院一般可做实物的实验室有限，而能上机的实验室较多。如果借助Multisim软件（因EDA课程是下学期开课，此次课程设计不用EDA辅助设计）对设计电路先仿真，发现有错时可轻而易举地修改电路，也不需用实物，因而可节约硬件资源，缩短设计时间，提高效率。因此，课程设计过程中，方案初步确定后先用Multisim软件搭建电路，然后针对每一条设计要求和指标进行仿真，如仿真结果不正确，就在Multisim平台上修改电路。
2.制作实物及上交材料
设计电路经Multisim仿真无误后，组织学生去实习基地制作实物。在实习基地主要学习制板、练习焊接以及调试，直到实验结果正确。实物做好后，紧接着写课程设计报告，并于第二周星期五时学生上交课程设计材料：实物及课程设计报告。实物验收时，学生应根据设计任务要求和指标进行实验。课程设计报告则按照工科论文格式书写，要求有电路原理框图、单元电路设计及工作原理介绍、总电路及工作原理介绍、仿真（或实验）结果与分析、总结及参考文献等。
四、结论
在数字电子技术课程教学过程中，为找到一种适合培养为城市和区域经济社会发展服务的应用型高级专门人才的教学方法，以“产学研用”为指导，以提高学生学习兴趣、激发学生主动学习的欲望、提高学生工程实践和创新能力为目标，最终达到提高教学质量和应用水平的目的，对该课程理论、实验、课程设计等环节进行教学改革，取得了良好的教学效果，并为后续专业课程的学习、毕业论文的撰写和科研开发奠定了基础。
参考文献：
[1]周来秀，蒋练军.项目与Multisim结合，探索数字电子教学新模式[J].电脑知识与技术，2011，7（25）：6288-6289.
[2]王视环.项目教学法在移动通信课程中的应用探讨[J].南京邮电大学学报，2010，12（4）：117-120.
[3]张大平.数字电子技术实验与学生综合素质培养[J].中国电力教育，2012，48（6）：104-105.