电子技术教育创新释解

　　实验项目的选择与设计数字电子技术综合设计性实验项目的选择与设计非常重要，应考虑4个因素:(1)实验所对应的实际问题应是学生非常熟悉的问题，这样便于学生将实际问题抽象为逻辑问题，同时有利于学生感受到所学知识在实际社会中的有用性。(2)实验所涉及的知识应能很好地覆盖课程的基本内容，这样，一个实验项目就可以涵盖本门课程所要求的基本知识点和能力点，将其分解为若干个单元模块实验，循序渐进地开展实验(我们认为综合设计项目不宜多，选得好，做得好，一个实验项目即可达到掌握方法、培养能力的目的)。(3)实验的过程和结果最好能产生有形的结果，如可视、可闻、可动的结果，这样有利于激发学生实验探索的兴趣。(4)实验项目应该具有一定的扩展性，为那些学有余力的学生提供一定的能力发展空间。

　　课程实验改革的一次尝试

　　实验计划的改革基于上述思路和考虑，我们对原来的实验计划进行了调整。(1)将综合设计型实验的学时比例提高到总实验学时的44，加强学生综合设计与实现能力的培养;(2)将可编程器件的实验学时提高，使其占总学时的比例达到50，使实验的内容适应于工程技术发展的需求，学以致用[5];(3)选择一个能够将本门课程基本内容综合起来的实验项目作为综合设计型实验项目[6]。《数字电子技术》实验课程的学时分配情况，基础实验主要包括集成门电路的性能和功能测试、组合和时序逻辑电路等，其中基础可编程器件实验20学时计划中含有12学时的VHDL语言编程。如何选择和实施综合设计性实验项目是改革尝试的关键。综合设计性实验项目经过分析比较，我们选择“交通灯控制与显示”作为《数字电子技术》课程的综合设计性实验项目[7]。首先，大学生都非常熟悉“交通灯控制与显示”的问题，这样便于实际问题的逻辑抽应用电子技术论文发表象，也使学生能够感受到数字电子技术在实际生活中的应用;其次，“交通灯的控制与显示”实验需要用到组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字显示和时钟等知识，涵盖了数字电子技术的主要内容;第三，实验结果可视，让学生产生实验兴趣，实验完成后增强成就感;第四，该实验项目可以分解为组合逻辑、时序逻辑、译码显示和时钟单元模块，便于循序渐进地组织实验教学;第五，该实验项目扩展性强。从实现的技术路线而言，在采用中、小规模器件完成后，可以改用可编程器件来实现，在学习单片机课程后可以通过单片机来进行控制与显示。从控制模块与各路口交通灯的通信方式而言，可以从有线通信扩展到无线通信。从功能扩展方面来看，在完成了基本的控制与显示基础上，可以增加一些其他的附加功能，如紧急状态车辆通行、交通灯故障报警等。实验项目的组织实施该实验项目的组织实施。在《数字电子技术》课程教学的开始阶段就将“交通灯控制与显示”实验布置给学生。学生根据这样的实际问题，结合理论课程学习的知识，首先进行实际物理问题到数字逻辑问题的抽象与归纳，然后完成功能模块级的方案设计，此阶段只限于框图，不涉及具体电路。在此基础上，在理论教学进行到不同阶段时，有针对性地引导学生完成相应模块的电路设计，软件仿真，电路安装与调试。具体做法为:将该实验分为组合逻辑部分和时序逻辑部分，每一部分的课内实验学时为8学时，其中电路设计2学时、软件仿真2学时、电路调试4学时，电路的连接组装安排在课外进行。综合设计性实验的CPLD/FPGA实现安排12学时。考虑学生的不同兴趣，其实验内容可在交通灯的控制与显示、数字钟、数字频率计和出租车计价器四个实验项目中选择一个。

　　实验改革的效果

　　改革方案分别在2009年和2010年秋季进行了两轮尝试。通过召开学生座谈会、批改实验报告、教师指导实验过程中与学生的交流和验收实验结果等多种途径反馈的情况看，学生对此门课程的实验改革反映很好，主要表现在如下4个方面:(1)该实验结合实际应用，学生对交通灯十分熟悉，对该实验有浓厚的兴趣，实验开始就有一种美好的期待，当实验成功完成、电路运行正常时，所有学生都很兴奋，都有一种发自内心的成就感。(2)该实验采用模块化方案，分步实施，学生易于接受和掌握，很多学生完成第一个模块后，当看到交通灯亮、灭的状态按照设计要求运行时，就迫不及待地想做交通灯的时间倒计时电路。(3)该实验采用方案设计、仿真和电路实现三步走，学生易于掌握。不少学生反映，通过这三部曲，真正理解了所学的理论知识，掌握了实际数字系统的设计开发基本方法，提高了自己的实践动手能力，达到了举一反三的目的。(4)该实验通过中、小规模集成电路和CPLD/FPGA可编程器件两种不同手段分别实现，让学生了解可编程器件实现的优点。有同学说，这两种手段实现的电路差别太大了，前者的电路占满了整个电路板，而且可靠性差，经常发生接触不良的现象;而后者的电路简单，一个芯片加上软件编程即可实现预定的逻辑功能。所有学生在实验报告中都写道:通过该实验收获很大，知道了数字电子技术的用处，掌握了数字系统设计开发的基本方法，提高了实际动手的能力，希望以后多开设这样的实验。

　　结束语

　　通过提出“交通灯的控制与显示”这样一个实际问题，引导学生自上而下地进行一个系统的方案设计、软件仿真和电路实现。实验过程中，理论教学与实验教学同步，分模块实施，循序渐进;实验方式自上而下，课内课外结合，仿真实做结合，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的工程能力，收到了良好的效果。其实施方案与做法对同类院校的数字电子技术实验教学改革具有一定的参考价值。