开放式实践教学在“数字电路”课程中的应用
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0106-02
“数字电路”是电气类专业的一门重要专业基础课程，也是电子类专业课程学习的基石。学生对该课程的学习效果，直接影响着他们的专业课程学习，甚至影响到学生在电子电路设计方面的动手操作能力和实践创新能力的培养。“数字电路”是一门实践性很强的课程，学生要想学好这门课程，实践是至关重要的环节[1]。为提高“数字电路”实践教学效果，分析了传统的实践教学存在的问题，并进行了大胆的实践教学改革，取得了很好的成效。
1 传统实践教学存在的主要问题
1.1 传统的实践教学以教师讲授为主
传统的实践教学通常是以教师讲授为主。首先教师认真分析实验原理，然后逐步讲解演示，学生跟着老师的节奏一步一步地完成实验内容。学生做实验前根本不需要课前准备，只要在课堂认真听老师讲解，紧跟老师步伐完成每一步操作，就可以到达预定的实验效果。甚至有些实践教学中，老师从头至尾为学生演示实验，基本没有留给学生独立思考的时间和空间，也没有给学生独自将所学的理论知识应用于实践的机会。这种“教师演示，学生观摩”的实践教学模式导致学生养成一种被动学习的学习态度，他们认为实验课就是验证所学的知识，教师给出实验内容和演示，学生只要照做就可以了，最后还将这种学习方法带入到专业课程的学习阶段。因此，传统的实践教学模式不利于学生发散思维和实践创新能力的培养，完全达不到学生职业化教育的培养目标。
1.2 传统的实验项目缺乏学习趣味性
传统的实验项目一般以普通的门电路设计、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计为主。这些实验项目往往缺乏实际生活应用背景，内容也显得单一，学生在学习过程容易产生疑惑，不知道所学有何用，逐渐失去学习兴趣。因此，教师在实验项目的设置上应该适当地考虑实际应用背景，比如涉及到某一生活需要或工程应用，让学生感受到自己所学知识有所用，从而激发他们的学习情趣和动力。
2 “数字电路”开放式实践教学的意义
2.1 以学生为主体，培养学生实践能力
采用开放式实践教学，以学生为主体，教师为主导，学生在整个实践教学中居主体地位。教师提出设计要求，学生自行分析设计思路，查找资料，制定设计方案，最后根据所学的知识完成实验设计任务。整个过程中，教师必须全程跟踪，当学生遇到疑问或困难时，应给与引导和帮助。学生在老师的引导下还可以发散思维，追求创新，开展一些拓展性的任务设计。这样才能从真正意义达到培养学生独立思考、动手操作和实践创新的能力。
2.2 加强学生间的沟通，创造开放平等的交流平台
浓厚的学术氛围和开放平等的交流平台是激发学习情趣和促进学习进步的重要条件。学生可以在良好的学习环境中相互交流、相互竞争和合作。有利于他们在学习过程中发现问题和解决问题，有利于进一步激发学生的求知欲和创新潜能[2]。因此，创建开放性电子设计实验室，建立高标准实践平台，为学生提供一个良好的实践环境尤为重要。
2.3 营造正能量的学习风气
在开放式实践教学过程中，教师应鼓励学生独立思考问题，积极交流经验，利用所学知识去解决生活中的实际问题[3]。鼓励学生按照自己思维方式去完成电路设计，寻找学习兴趣，将“被动式”学习逐渐转变为“主动式”学习，营造正能量的学习风气。
3 开放式教学在“数字电路”实践教学的实施
3.1 硬件平台
实践课开设前，教师应根据设置的实验项目内容准备好一些必需的实验素材，比如相关的集成芯片、SYB-500面包板、USB信号线、数码管、发光二极管和电缆线等。然后将它们发放给学生，学生可以根据实验项目的任务要求，在不限于实践课的条件下利用课余时间在开放式电子电路设计实验室进行电路设计，做好提前预习和调试，为实践课做准备。课后学生还可以在实验室对自己的实验项目做进一步的完善或拓展设计，加深对所学知识的印象，提高自己的学习水平和专业技能。
3.2 项目设置
为提高学生学习兴趣，项目的设置一定要紧密围绕实际应用和实践创新，能够解决生活中的一些实际问题。项目的来源最好具有较高应用背景的产品制造、工程应用和科研课题，另外增加必要的电路板制作和硬件验证，可以激发学生的学习兴趣，还能真正达到培养学生职业技能的教学效果。通过改革，学校对原来普通的门电路设计、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计等项目进行了调整，调整结果见表1所示。从表1可以看出，7个实验项目在日常生活都具有较高的应用背景和应用价值。
3.3 典型实践案例
利用SSI器件设计一个表决电路。首先阶梯式地安排两个设计任务，第一个任务是完成举重裁判表决电路德尔设计，举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判，当两个裁判（其中有一个为主裁判）或两个以上裁判判举重成功时，才表示举重成功。第二个任务是完成一个4人表决电路的设计，4人当中有1位主裁、3位副裁，主裁认可计两分，副裁认可计1分，只有当分数之和超过2分时才表示通过。学生可根据自身实际情况进行任务选择。
表决电路在实际生活中应用很广泛，比如一些选秀节目经常出现的一些资深导师对选手进行表决投票场景。学生对这一场景很熟悉，投票规则容易理解，这样一来就会带着一种好奇心进行电路设计。学生首先分析举重裁判表决电路的因果关系，确定输入变量和输出变量，并且进行逻辑赋值，然后画出真值表，利用卡诺图化简，写出最简与或逻辑表达式Y=AB+AC。有些学生就利用74LS08与门和74LS32或门实现；有些学生将最简式进行变型Y=（（AB）'（AC）'）'，然后用74LS00与非门实现；甚至有些学生将逻辑表达式简化成或非-或非的形式Y=（A'+（B+C）'）'，用74LS02或非门实现。在举重裁判表决电路设计过程中，老师不需要仔细讲解每一个设计步骤，只需要在学生的身边进行引导和启发。学生根据自己所掌握的理论知识，主动求索，自主完成表决器的设计。在大部分学生完成第一个设计任务后，尝试到了成功的喜悦，便不由自主地进入第二个难度稍大点的4人表决器的设计。通过这两个电路的设计，学生基本可以掌握利用小规模集成芯片完成组合逻辑电路设计的方法。
学生的理论水平参差不齐，对待问题的思考方式也各异千秋。在实践教学过程中，不管学生采用何种逻辑方法，只要能够实现表决器的逻辑功能，都应该给予充分的肯定。只要学生进行了独立思考，尽管电路设计不够完善，也应该得到老师的表扬和鼓励，这样才能提高学生的学习兴趣和积极性，才能有利于培养学生独立思考和实践创新的能力。
4 结语
3年的教学改革过程中，“数字电路”实践课采用了开放式教学方法，不管在实践时间和空间上，还是在实验项目选题和设计思路上，都给足了学生自己选择的权利。让学生在实践过程中充当了主体作用，他们根据自己的需求选择实践器件，独立思考，拟定设计方案，充分发挥了主观能动性。实践结果证明，开放式的实践教学改革提高了学生的发散思维能力和实践创新能力，建立了良好的学习环境，营造了浓厚的学习氛围，为后续的专业课程学习打下了坚实的基础，且效果明显。接下来，我们将继续寻找更好的实践教学方法，让更多的学生受益。
