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摘要:本文针对“数字电子线路”课程现有的课堂教学和实践教学中存在的一些问题,提出了多样化的教学手段和教学方法,以提高课堂教学质量;同时提出了自主化的实践教学模式,以最大限度地培养学生的创新能力和创新意识。实践表明,改革取得了较好的效果。
关键词:数字电子线路;教学手段;教学方法;实践教学
作者简介:周素茵(1977-),女,山东菏泽人,浙江农林大学信息工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电路与系统。(浙江 临安 311300)
基金项目:本文系2009年浙江农林大学教学改革研究项目(项目编号:2021000507)的研究成果。
“数字电子线路”课程逻辑性强、知识点多,需要学生在理解中记忆。随着以集成技术为代表的半导体技术的飞速发展,新器件、新技术、新方法不断出现,该课程需要不断更新和充实。若将该课程的基础知识和不断更新的内容按照传统的方式灌输给学生,则授课效果势必较差,同时也不利于对学生创新能力的培养。本文提出了多样化的教学手段和教学方法以及自主化的实践教学改革思路,取得了较好的效果。
一、教学手段和教学方法多样化,提高课堂教学质量
1.教学手段多样化
在高校中,目前的“数字电子线路”课程课堂教学多采用以多媒体为主、板书为辅的形式。多媒体教学具有信息量大、动画丰富的优点,但同时也存在讲课节奏偏快、学生几乎没有时间记笔记和思考等缺点。虽然板书能弥补多媒体教学的缺点,但由于效率较低,因此也只能是一种辅助教学手段。这两种手段都不能让学生直观地体会到该课程实际应用的乐趣以及电路的设计过程,为此,笔者将实物演示和软件仿真引入到课堂。
(1)实物演示。实物演示是一种最直观、最生动、最能激发学生学习兴趣的教学手段。根据“数字电子线路”的课程特点,实物演示主要用在以下两个时段。
本课程的第一次课。第一次课对绝大多数学生来说十分重要,学生充满了好奇,渴望知道本课程究竟有什么用。在这种情况下,通过实物演示和较为详细的讲解可以将本课程的应用以最形象的方式印在他们的记忆中。演示的实物可以从简单到复杂,最好是学生平时就比较熟悉的一些电子产品,如时钟、交通灯、汽车尾灯控制电路等。这些实物可以从往届的毕业设计作品或者电子竞赛的作品中搜集,也可以由教师设计。
应用性较强的知识点放在章节讲解之前。所谓应用性较强的知识点主要指几种典型的组合电路(如译码器、编码器、数据选择器等)、几种常用的时序电路(如计数器、寄存器等)、555定时器及其典型应用、模数和数模转换电路等。在这些知识点讲解之前,先进行相关的实物演示能很好地吸引学生的注意力,让他们带着一种“求解”的心情进入到后续理论内容的听课中。
(2)软件仿真。软件仿真就是利用仿真软件(如Multisim)来辅助课堂教学,该方法更加细致,操作方便、直观。软件仿真的最大优点是灵活性强,即电路的连接和元件的改变都比较方便,可以让学生很容易理解并掌握电路的工作原理。如在芯片的讲解上,理论教学中通常是利用多媒体先给学生介绍各个管脚的功能,然后再讲一些基本的应用,比较枯燥。若结合仿真软件中的三维元件对芯片的相关引脚逐个进行接线、验证,则不仅能收到立竿见影的效果,而且能让学生记忆深刻。又如时序电路中的“同步”和“异步”这两个概念,很多学生总是较难理解,若将这两个概念用仿真来解释,则其区别会不言而喻。除此之外,还可以利用仿真软件灵活地设置一些故障,让学生分析以加深对知识点的理解。
总之,教学手段的合理运用能很好地吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣。
2.教学方法多样化
教学方法有很多种,如引导启发式、问题式、讨论式、归纳式。以下分别阐述这些方法的特点及在“数字电子线路”中的使用。
(1)引导启发式的特点是讲解知识点时,首先提出问题,然后精心安排提问时机,最后归纳总结出一般规律或概念。[1]例如组合电路和时序电路的设计,若先讲设计的步骤,学生往往会觉得枯燥;若先提出具体问题,鼓励学生大胆发言并及时点拨和引导,让学生自己总结出解题的步骤,则学生的印象会非常深刻。
(2)问题式的特点是教师提出问题,学生思考问题和回答问题,最后由教师来点评。在课堂上教师努力创设恰当的问题情境,通过问题启发学生的积极思维活动,以问题为主线来组织、调控课堂教学,这样能充分调动学生的学习积极性,促进学生探究能力的提高。[2]例如在讲授OC门时,首先提出一般的TTL与非门输出端并联使用的问题,让学生自己思考,再引出OC门,进一步讲授其特点和作用,效果大大好于平铺直叙式的教学模式。
(3)讨论式的特点是教师提出问题,学生在课下对该问题用多种不同观点进行观察、比较、分析、综合等交互活动,充分发挥学生的主动性,激发学习兴趣。如在讲解A/D转换这个知识点时,可针对一个学生较熟悉的待转换的模拟量让学生讨论用不同的方法进行转换,进而比较、分析、总结出各种方法的优缺点。通过这种方法可以提高学生的自学能力,让学生对相关知识有深入的理解。
(4)归纳式的特点是对所学知识点,尤其是一些比较难理解或记忆的知识点用比较简洁的语句归纳出其规律,以方便掌握。如对于各种类型的双稳态触发器的功能,学生往往容易混淆,此处以JK触发器为例,上课时先举例分析其功能,然后再总结出“J1、K0、4功能”这样的记忆方法(J1代表J是置1端,K0代表K为置0端,4功能代表置0、置1、保持和翻转)。
二、实践教学自主化,培养学生的设计和创新能力
通过实践教学可以培养学生的操作能力,特别是创新精神、创新能力已逐渐成为共识。实践教学通常包括实验和课程设计两部分。实践教学自主化,即让学生围绕相关的知识点和课程设计的基本要求自行选题和设计电路,旨在提高学生的创新能力。
1.建立科学的实验教学体系, 提高学生的自主创新能力
传统的“数字电子线路”实验教学通常包括基础实验(或者说验证性实验)、设计性实验和综合性实验三个层次,浙江农林大学该课程的实验教学在这三个层次的基础上,增加了自主创新性实验。[3]
(1)基础实验:通常包括常用仪器的使用及一些基本电路逻辑功能的验证等,这些实验比较简单,但十分重要,每次实验完成后,教师或实验员可通过随机提问来了解学生对实验的理解和掌握程度,不要求写实验报告。
(2)设计性和综合性实验:实验内容为用中大规模逻辑器件完成小型数字系统的设计与实现,要求用EDA软件实现或用硬件实现,以三人组为单位围绕几个中心元器件(如计数器、译码器等)进行设计,各组之间电路实现的功能不能完全相同,实验报告以小组为单位撰写。这种实验要求既能培养学生之间的合作精神,也能很好地激发他们的学习潜能和兴趣。
(3)自主创新性实验:该类型的实验主要面向电子信息专业部分动手能力较强的学生。实验内容体现创新性,实验中充分发挥学生的主观能动性,从选题、方案设计、购买元器件、焊接调试到设计报告基本由学生独立完成。自主创新性实验也是大学生电子设计竞赛赛前培训和学生科技创新活动的重要组成部分,目的在于培养学生自主学习、综合运用知识的能力,以及提高复杂数字系统设计和创新的能力。
2.课程设计自主选题,培养学生的创新意识
“数字电子线路”课程设计作为一门独立的课程开设,时间为2周,成果要求是硬件电路和报告。传统的教学模式是题目和要求都统一,这种方式的最大缺点是让那些主动性不强的学生有可乘之机,电路不自己设计,报告也存在较严重的雷同现象。同时学生自身的实践能力也存在一定的差异,教师给定的题目和要求对于那些动手能力较强的学生显得较为简单,不能体现课程设计的意义。
自主选题的课程设计模式是以小组为单位,让学生根据自己的实践能力和兴趣选择适合自己的题目,从而最大限度地培养学生的创新意识。该模式的基本要求是电路的方案设计和验证首先要在EWB上仿真通过,然后才能购买元器件,完成焊接和硬件调试,最后提交设计报告。
3.改革实践教学考核方式[4]
传统实践教学强调实验结果与考试成绩,而目前很多高校重视的是学生的实践过程,注重学生能力的提高。为此,“数字电子线路”实践教学的考核可从以下几方面进行。
(1)学生每次实验或课程设计的设计思路以及操作情况:在设计思路上注重设计思想的独立性和创造性,在操作上注重学生的操作技能,并以这两方面作为评分的重要依据,可占实践总成绩的60%。
(2)实验或课程设计的速度与结果:速度与结果教师都会做详细的记录,占总成绩的20%。
(3)实验或课程设计报告:报告要求详细记录操作过程中遇到的问题、故障以及故障产生的现象,分析引起故障的可能原因以及排除故障的过程,占总成绩的20%。
三、改革效果
浙江农林大学的“数字电子线路”课程教学改革首次在电子信息工程专业2008级试行,并对2008级65名学生做了改革效果的简单问卷调查。问卷结果表明,有29.23%的学生认为这种改革方式很好,有35.38%的学生认为较好,有23.08%的学生认为不好也不差,即持中立态度,有12.31%的学生不赞同。总体来看,改革取得了较好的效果。
参考文献:
[1]王振宇,成立,魏静.“电子技术”课程教学方式的创新[J].电气电子教学学报,2008,30(6):3-4.
[2]杨丽娟.数字电子技术课程的教学改革探讨[J].江西电力职业技术学院学报,2008,21(4):58-60.
[3]张宏群,行鸿彦.《数字电子线路》课程改革初探[J].太原大学教育学院学报,2007,25(6):148-149.
[4]龚晶,陈军,等.电子技术实验教学方法改革与探索[J].电气电子教学学报,2008,30(4):77-78.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:数字电子线路;教学手段;教学方法;实践教学
作者简介:周素茵(1977-),女,山东菏泽人,浙江农林大学信息工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电路与系统。(浙江 临安 311300)
基金项目:本文系2009年浙江农林大学教学改革研究项目(项目编号:2021000507)的研究成果。
“数字电子线路”课程逻辑性强、知识点多,需要学生在理解中记忆。随着以集成技术为代表的半导体技术的飞速发展,新器件、新技术、新方法不断出现,该课程需要不断更新和充实。若将该课程的基础知识和不断更新的内容按照传统的方式灌输给学生,则授课效果势必较差,同时也不利于对学生创新能力的培养。本文提出了多样化的教学手段和教学方法以及自主化的实践教学改革思路,取得了较好的效果。
一、教学手段和教学方法多样化,提高课堂教学质量
1.教学手段多样化
在高校中,目前的“数字电子线路”课程课堂教学多采用以多媒体为主、板书为辅的形式。多媒体教学具有信息量大、动画丰富的优点,但同时也存在讲课节奏偏快、学生几乎没有时间记笔记和思考等缺点。虽然板书能弥补多媒体教学的缺点,但由于效率较低,因此也只能是一种辅助教学手段。这两种手段都不能让学生直观地体会到该课程实际应用的乐趣以及电路的设计过程,为此,笔者将实物演示和软件仿真引入到课堂。
(1)实物演示。实物演示是一种最直观、最生动、最能激发学生学习兴趣的教学手段。根据“数字电子线路”的课程特点,实物演示主要用在以下两个时段。
本课程的第一次课。第一次课对绝大多数学生来说十分重要,学生充满了好奇,渴望知道本课程究竟有什么用。在这种情况下,通过实物演示和较为详细的讲解可以将本课程的应用以最形象的方式印在他们的记忆中。演示的实物可以从简单到复杂,最好是学生平时就比较熟悉的一些电子产品,如时钟、交通灯、汽车尾灯控制电路等。这些实物可以从往届的毕业设计作品或者电子竞赛的作品中搜集,也可以由教师设计。
应用性较强的知识点放在章节讲解之前。所谓应用性较强的知识点主要指几种典型的组合电路(如译码器、编码器、数据选择器等)、几种常用的时序电路(如计数器、寄存器等)、555定时器及其典型应用、模数和数模转换电路等。在这些知识点讲解之前,先进行相关的实物演示能很好地吸引学生的注意力,让他们带着一种“求解”的心情进入到后续理论内容的听课中。
(2)软件仿真。软件仿真就是利用仿真软件(如Multisim)来辅助课堂教学,该方法更加细致,操作方便、直观。软件仿真的最大优点是灵活性强,即电路的连接和元件的改变都比较方便,可以让学生很容易理解并掌握电路的工作原理。如在芯片的讲解上,理论教学中通常是利用多媒体先给学生介绍各个管脚的功能,然后再讲一些基本的应用,比较枯燥。若结合仿真软件中的三维元件对芯片的相关引脚逐个进行接线、验证,则不仅能收到立竿见影的效果,而且能让学生记忆深刻。又如时序电路中的“同步”和“异步”这两个概念,很多学生总是较难理解,若将这两个概念用仿真来解释,则其区别会不言而喻。除此之外,还可以利用仿真软件灵活地设置一些故障,让学生分析以加深对知识点的理解。
总之,教学手段的合理运用能很好地吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣。
2.教学方法多样化
教学方法有很多种,如引导启发式、问题式、讨论式、归纳式。以下分别阐述这些方法的特点及在“数字电子线路”中的使用。
(1)引导启发式的特点是讲解知识点时,首先提出问题,然后精心安排提问时机,最后归纳总结出一般规律或概念。[1]例如组合电路和时序电路的设计,若先讲设计的步骤,学生往往会觉得枯燥;若先提出具体问题,鼓励学生大胆发言并及时点拨和引导,让学生自己总结出解题的步骤,则学生的印象会非常深刻。
(2)问题式的特点是教师提出问题,学生思考问题和回答问题,最后由教师来点评。在课堂上教师努力创设恰当的问题情境,通过问题启发学生的积极思维活动,以问题为主线来组织、调控课堂教学,这样能充分调动学生的学习积极性,促进学生探究能力的提高。[2]例如在讲授OC门时,首先提出一般的TTL与非门输出端并联使用的问题,让学生自己思考,再引出OC门,进一步讲授其特点和作用,效果大大好于平铺直叙式的教学模式。
(3)讨论式的特点是教师提出问题,学生在课下对该问题用多种不同观点进行观察、比较、分析、综合等交互活动,充分发挥学生的主动性,激发学习兴趣。如在讲解A/D转换这个知识点时,可针对一个学生较熟悉的待转换的模拟量让学生讨论用不同的方法进行转换,进而比较、分析、总结出各种方法的优缺点。通过这种方法可以提高学生的自学能力,让学生对相关知识有深入的理解。
(4)归纳式的特点是对所学知识点,尤其是一些比较难理解或记忆的知识点用比较简洁的语句归纳出其规律,以方便掌握。如对于各种类型的双稳态触发器的功能,学生往往容易混淆,此处以JK触发器为例,上课时先举例分析其功能,然后再总结出“J1、K0、4功能”这样的记忆方法(J1代表J是置1端,K0代表K为置0端,4功能代表置0、置1、保持和翻转)。
二、实践教学自主化,培养学生的设计和创新能力
通过实践教学可以培养学生的操作能力,特别是创新精神、创新能力已逐渐成为共识。实践教学通常包括实验和课程设计两部分。实践教学自主化,即让学生围绕相关的知识点和课程设计的基本要求自行选题和设计电路,旨在提高学生的创新能力。
1.建立科学的实验教学体系, 提高学生的自主创新能力
传统的“数字电子线路”实验教学通常包括基础实验(或者说验证性实验)、设计性实验和综合性实验三个层次,浙江农林大学该课程的实验教学在这三个层次的基础上,增加了自主创新性实验。[3]
(1)基础实验:通常包括常用仪器的使用及一些基本电路逻辑功能的验证等,这些实验比较简单,但十分重要,每次实验完成后,教师或实验员可通过随机提问来了解学生对实验的理解和掌握程度,不要求写实验报告。
(2)设计性和综合性实验:实验内容为用中大规模逻辑器件完成小型数字系统的设计与实现,要求用EDA软件实现或用硬件实现,以三人组为单位围绕几个中心元器件(如计数器、译码器等)进行设计,各组之间电路实现的功能不能完全相同,实验报告以小组为单位撰写。这种实验要求既能培养学生之间的合作精神,也能很好地激发他们的学习潜能和兴趣。
(3)自主创新性实验:该类型的实验主要面向电子信息专业部分动手能力较强的学生。实验内容体现创新性,实验中充分发挥学生的主观能动性,从选题、方案设计、购买元器件、焊接调试到设计报告基本由学生独立完成。自主创新性实验也是大学生电子设计竞赛赛前培训和学生科技创新活动的重要组成部分,目的在于培养学生自主学习、综合运用知识的能力,以及提高复杂数字系统设计和创新的能力。
2.课程设计自主选题,培养学生的创新意识
“数字电子线路”课程设计作为一门独立的课程开设,时间为2周,成果要求是硬件电路和报告。传统的教学模式是题目和要求都统一,这种方式的最大缺点是让那些主动性不强的学生有可乘之机,电路不自己设计,报告也存在较严重的雷同现象。同时学生自身的实践能力也存在一定的差异,教师给定的题目和要求对于那些动手能力较强的学生显得较为简单,不能体现课程设计的意义。
自主选题的课程设计模式是以小组为单位,让学生根据自己的实践能力和兴趣选择适合自己的题目,从而最大限度地培养学生的创新意识。该模式的基本要求是电路的方案设计和验证首先要在EWB上仿真通过,然后才能购买元器件,完成焊接和硬件调试,最后提交设计报告。
3.改革实践教学考核方式[4]
传统实践教学强调实验结果与考试成绩,而目前很多高校重视的是学生的实践过程,注重学生能力的提高。为此,“数字电子线路”实践教学的考核可从以下几方面进行。
(1)学生每次实验或课程设计的设计思路以及操作情况:在设计思路上注重设计思想的独立性和创造性,在操作上注重学生的操作技能,并以这两方面作为评分的重要依据,可占实践总成绩的60%。
(2)实验或课程设计的速度与结果:速度与结果教师都会做详细的记录,占总成绩的20%。
(3)实验或课程设计报告:报告要求详细记录操作过程中遇到的问题、故障以及故障产生的现象,分析引起故障的可能原因以及排除故障的过程,占总成绩的20%。
三、改革效果
浙江农林大学的“数字电子线路”课程教学改革首次在电子信息工程专业2008级试行,并对2008级65名学生做了改革效果的简单问卷调查。问卷结果表明,有29.23%的学生认为这种改革方式很好,有35.38%的学生认为较好,有23.08%的学生认为不好也不差,即持中立态度,有12.31%的学生不赞同。总体来看,改革取得了较好的效果。
参考文献:
[1]王振宇,成立,魏静.“电子技术”课程教学方式的创新[J].电气电子教学学报,2008,30(6):3-4.
[2]杨丽娟.数字电子技术课程的教学改革探讨[J].江西电力职业技术学院学报,2008,21(4):58-60.
[3]张宏群,行鸿彦.《数字电子线路》课程改革初探[J].太原大学教育学院学报,2007,25(6):148-149.
[4]龚晶,陈军,等.电子技术实验教学方法改革与探索[J].电气电子教学学报,2008,30(4):77-78.
(责任编辑:麻剑飞)