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摘要：随着科技进步，数字系统的研发和应用不断深入并迅速拓展，当今社会对电子信息类专业毕业生的要求越来越高，作为专业基础课的“数字电路与逻辑设计”在其知识体系中占据重要地位。结合近年来的教学工作，分析了传统的教学方式和方法中存在的问题，此基础上从教学内容、手段、考核方式等方面详细阐述了“数字电路与逻辑设计”教学改革的指导思想和相关措施。
关键词：数字系统；逻辑设计；教学改革
中图分类号：G642.0 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）18-0061-02
“数字电路与逻辑设计”是电子信息类专业的基础课之一，是电子、电气、计算机等相关专业知识体系中的重要一环。在教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会制定的《教学基本要求》中，将数字电路相关课程分为“数字电子技术基础”和“数字电路与逻辑设计”两类，[1]两门课程南通大学（以下简称“我校”）均有开设，前者主要针对电子、电气类部分专业；后者主要针对电子信息类专业，包含64学时的理论课和为期两周的实践环节。本课程是“电路”和“模拟电子技术”的后续课程，又是“信号与系统”“数字信号处理”“单片机技术与微机原理”“自动控制原理”等专业课的先修课程，在电子信息类专业课程设置中起到承上启下的重要作用。本课程的教学质量显著影响着学生理解和掌握电子信息专业知识体系。
一、传统“数字电路与逻辑设计”教学模式
传统的“数字电路与逻辑设计”课程教学主要是基本概念、基本分析设计方法的理论讲授，学生只是机械化的接收知识，课程所得仅仅是扩充了知识量和按步骤求解习题的能力，并不能根据现实情况分析问题，也不能基于实际需求设计数字系统，与当今社会对毕业生的要求有较大距离。同时，“数字电路与逻辑设计”和“数字电子技术基础”一般使用的是相同的教材，过去在教学内容安排上两者也很相似，教学中都侧重内部电路的分析，并不能很好地适应电子通讯类和计算机类专业学生的专业要求。进入新世纪后，电子、通讯等领域的相关理论和技术日新月异，但是“数字电路与逻辑设计”作为一门经典课程变革缓慢，远远落后与科技的发展，对于培养学生的实践能力和工程意识非常不利。
二、坚持与时俱进，不断完善教学
我校是偏工科以二本专业为主的普通省属高校，相关专业毕业生的求职方向主要是制造业，一般从事简单研发和生产工作，艰深的理论知识和复杂的内部电路分析对其帮助不大，同时造成较大的课业负担，打击学生学习的热情。基于上述情况，结合笔者多年“数字电路与逻辑设计”课程教学经验，本课程教学的指导思想应从集中讲授理论方法和过分追求解题技巧，转向更多地引入实际案例，引导学生了解芯片的外部特性、分析系统的逻辑关系，着重培养学生对中大规模集成电路的应用能力和工程意识。以下分别从教学内容、方法、手段以及考核方式等方面阐述教学改革的具体措施。
1.教学内容改革
“数字电路与逻辑设计”是电子通讯类专业最重要的基础课之一，是掌握理解其后诸多专业课的知识铺垫，故而基本定义、定理和分析方法的讲授必须清楚透彻，但是在内容安排上应有所侧重。本课程是一门应用型工科课程，学生在打好理论基础的同时还需要具备分析实际问题并解决问题的能力，在教学中也要有所体现。
我校该课程开设在“计算机基础与应用”之后，学生对数字电路、数字信号和数值已有相当了解，这部分内容课时安排上应有所减少。一些传统的知识点，如“逻辑门电路”“脉冲波形的变换和产生”“数模与模数转换器”掌握即可，这部分内容应将重点放在相关功能器件的外部特性和使用上，对于内部电路的分析可以适当放低要求。其中“逻辑门电路”与模拟电子技术中三极管和场效应管部分的一些内容重叠，教学中在减缩的同时应重点说明两者的区别，在模拟电子技术中主要使用的是三极管和场效应管的放大区，而数字电路中使用的三极管和场效应管工作在饱和区和截止区；部分知识点，如“逻辑代数”“组合逻辑电路”“时序逻辑电路”在教学中应有所加强，尤其是后两者。[2]基于计算机技术的发展和学生未来实际工作的需要，教学中应增加硬件描述语言（Verilog HDL）以及一些相关的专业仿真软件的讲授。同时，理论教学要与实验课和课程设计等教学实践环节相结合。利用EDA软件，如MAX+plusⅡ、QuartusⅡ、ModelSim等进行模拟仿真设计，通过实验室的实验箱下载调试，验证设计方案，帮助学生熟悉数字系统设计流程，提高学生实践能力，培养其工程意识。
对于一些重要芯片和结构，如74系列、555定时器和后续课程中会涉及到的PLD、ROM、RAM、总线等，除了教材上提到的功能表、外部特性、简单应用的例题外，可以结合后续课程的内容作一定拓展，使学生在更好掌握芯片功能的基础上，对其实际应用有更深刻生动的认识。
教学中除了经典例题的讲解外，应补充一些实际电气工程案例。在详细介绍其工程背景、施工标准的基础上，重点说明其解决实际问题的思路，引导学生利用已有理论知识分析经典案例的设计方案并学习其设计思考方式。这样既追随了时代的脚步、科技的发展，也加深了学生对于基本理论、分析设计一般方法的理解，提高学生实际工作能力，更好地适应社会的需求。[3]
2.教学方法及手段改革
当前“数字电路与逻辑设计”的课堂教学多采用多媒体和板书相结合的方式，这样可以缓解本课程知识量大、推导繁琐、例题较多与相对紧张的课时安排之间的矛盾。同时多媒体动画可以生动清晰地说明很多动态过程，例如如何利用译码器实现多芯片并联以及位拓展、触发器状态转换时逻辑门的翻转和状态变化、555定时器工作原理和充放电回路等，通过动画色彩和分步展示帮助学生充分理解其中的变化和实现方式，收到良好的教学效果。但是由于理论教学和教学实践相互独立，再生动的理论教学也很难让学生对一些定义定理，如逻辑门的延时、波形的变换等产生实际概念。由于课时安排的困难，理论课和教学实践很难同时开设，为了解决这一问题，笔者在理论教学中引入计算机仿真内容，将仿真软件的模拟结果制成CAI课件，[4]利用仿真演示展示一些抽象的定理和概念，使教学过程更加生动有趣。
3.考核方式改革
在成绩评价方面，改变传统的依靠综合考试分数给平时成绩的方式，平时成绩以课程设计工作的完成情况为标准。允许学生以独立或小组形式自由选题，以口头讲解和书面报告的方式汇报工作，以最终完成情况（完成度、创新性）和个人贡献给出成绩。学期总评成绩将综合考察期末笔试结果和平时成绩，既考核了学生对于基础概念、基础理论的掌握，又有助于培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
三、结论
本文基于电子通信类专业知识体系的构成，说明了“数字电路与逻辑设计”课程的基础性和重要性，同时依据当今科技飞速发展下，新时代对电子通信类专业毕业生的实际要求和本课程的特点指出传统“数字电路与逻辑设计”教学中存在的若干问题。最后，结合笔者的实际教学经验提出教学改革的指导思想，探讨解决当前一些问题的可行方法，详细阐述了教学改革措施。
参考文献：
[1]教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会.电子电气课程基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011.
[2]康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.
[3]俎云霄，于歆杰，郑君里.本科课程设置新计划解读及思考——以MIT的EECS系为例[J].高等理科教育，2010，（6）：40-43.
[4]黄勋，章国安，孙强.“数字逻辑设计”CAI的研究和应用[J].中国电力教育，2009，（3）：65-66.
（责任编辑：王意琴）
关键词：数字系统；逻辑设计；教学改革
中图分类号：G642.0 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）18-0061-02
“数字电路与逻辑设计”是电子信息类专业的基础课之一，是电子、电气、计算机等相关专业知识体系中的重要一环。在教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会制定的《教学基本要求》中，将数字电路相关课程分为“数字电子技术基础”和“数字电路与逻辑设计”两类，[1]两门课程南通大学（以下简称“我校”）均有开设，前者主要针对电子、电气类部分专业；后者主要针对电子信息类专业，包含64学时的理论课和为期两周的实践环节。本课程是“电路”和“模拟电子技术”的后续课程，又是“信号与系统”“数字信号处理”“单片机技术与微机原理”“自动控制原理”等专业课的先修课程，在电子信息类专业课程设置中起到承上启下的重要作用。本课程的教学质量显著影响着学生理解和掌握电子信息专业知识体系。
一、传统“数字电路与逻辑设计”教学模式
传统的“数字电路与逻辑设计”课程教学主要是基本概念、基本分析设计方法的理论讲授，学生只是机械化的接收知识，课程所得仅仅是扩充了知识量和按步骤求解习题的能力，并不能根据现实情况分析问题，也不能基于实际需求设计数字系统，与当今社会对毕业生的要求有较大距离。同时，“数字电路与逻辑设计”和“数字电子技术基础”一般使用的是相同的教材，过去在教学内容安排上两者也很相似，教学中都侧重内部电路的分析，并不能很好地适应电子通讯类和计算机类专业学生的专业要求。进入新世纪后，电子、通讯等领域的相关理论和技术日新月异，但是“数字电路与逻辑设计”作为一门经典课程变革缓慢，远远落后与科技的发展，对于培养学生的实践能力和工程意识非常不利。
二、坚持与时俱进，不断完善教学
我校是偏工科以二本专业为主的普通省属高校，相关专业毕业生的求职方向主要是制造业，一般从事简单研发和生产工作，艰深的理论知识和复杂的内部电路分析对其帮助不大，同时造成较大的课业负担，打击学生学习的热情。基于上述情况，结合笔者多年“数字电路与逻辑设计”课程教学经验，本课程教学的指导思想应从集中讲授理论方法和过分追求解题技巧，转向更多地引入实际案例，引导学生了解芯片的外部特性、分析系统的逻辑关系，着重培养学生对中大规模集成电路的应用能力和工程意识。以下分别从教学内容、方法、手段以及考核方式等方面阐述教学改革的具体措施。
1.教学内容改革
“数字电路与逻辑设计”是电子通讯类专业最重要的基础课之一，是掌握理解其后诸多专业课的知识铺垫，故而基本定义、定理和分析方法的讲授必须清楚透彻，但是在内容安排上应有所侧重。本课程是一门应用型工科课程，学生在打好理论基础的同时还需要具备分析实际问题并解决问题的能力，在教学中也要有所体现。
我校该课程开设在“计算机基础与应用”之后，学生对数字电路、数字信号和数值已有相当了解，这部分内容课时安排上应有所减少。一些传统的知识点，如“逻辑门电路”“脉冲波形的变换和产生”“数模与模数转换器”掌握即可，这部分内容应将重点放在相关功能器件的外部特性和使用上，对于内部电路的分析可以适当放低要求。其中“逻辑门电路”与模拟电子技术中三极管和场效应管部分的一些内容重叠，教学中在减缩的同时应重点说明两者的区别，在模拟电子技术中主要使用的是三极管和场效应管的放大区，而数字电路中使用的三极管和场效应管工作在饱和区和截止区；部分知识点，如“逻辑代数”“组合逻辑电路”“时序逻辑电路”在教学中应有所加强，尤其是后两者。[2]基于计算机技术的发展和学生未来实际工作的需要，教学中应增加硬件描述语言（Verilog HDL）以及一些相关的专业仿真软件的讲授。同时，理论教学要与实验课和课程设计等教学实践环节相结合。利用EDA软件，如MAX+plusⅡ、QuartusⅡ、ModelSim等进行模拟仿真设计，通过实验室的实验箱下载调试，验证设计方案，帮助学生熟悉数字系统设计流程，提高学生实践能力，培养其工程意识。
对于一些重要芯片和结构，如74系列、555定时器和后续课程中会涉及到的PLD、ROM、RAM、总线等，除了教材上提到的功能表、外部特性、简单应用的例题外，可以结合后续课程的内容作一定拓展，使学生在更好掌握芯片功能的基础上，对其实际应用有更深刻生动的认识。
教学中除了经典例题的讲解外，应补充一些实际电气工程案例。在详细介绍其工程背景、施工标准的基础上，重点说明其解决实际问题的思路，引导学生利用已有理论知识分析经典案例的设计方案并学习其设计思考方式。这样既追随了时代的脚步、科技的发展，也加深了学生对于基本理论、分析设计一般方法的理解，提高学生实际工作能力，更好地适应社会的需求。[3]
2.教学方法及手段改革
当前“数字电路与逻辑设计”的课堂教学多采用多媒体和板书相结合的方式，这样可以缓解本课程知识量大、推导繁琐、例题较多与相对紧张的课时安排之间的矛盾。同时多媒体动画可以生动清晰地说明很多动态过程，例如如何利用译码器实现多芯片并联以及位拓展、触发器状态转换时逻辑门的翻转和状态变化、555定时器工作原理和充放电回路等，通过动画色彩和分步展示帮助学生充分理解其中的变化和实现方式，收到良好的教学效果。但是由于理论教学和教学实践相互独立，再生动的理论教学也很难让学生对一些定义定理，如逻辑门的延时、波形的变换等产生实际概念。由于课时安排的困难，理论课和教学实践很难同时开设，为了解决这一问题，笔者在理论教学中引入计算机仿真内容，将仿真软件的模拟结果制成CAI课件，[4]利用仿真演示展示一些抽象的定理和概念，使教学过程更加生动有趣。
3.考核方式改革
在成绩评价方面，改变传统的依靠综合考试分数给平时成绩的方式，平时成绩以课程设计工作的完成情况为标准。允许学生以独立或小组形式自由选题，以口头讲解和书面报告的方式汇报工作，以最终完成情况（完成度、创新性）和个人贡献给出成绩。学期总评成绩将综合考察期末笔试结果和平时成绩，既考核了学生对于基础概念、基础理论的掌握，又有助于培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
三、结论
本文基于电子通信类专业知识体系的构成，说明了“数字电路与逻辑设计”课程的基础性和重要性，同时依据当今科技飞速发展下，新时代对电子通信类专业毕业生的实际要求和本课程的特点指出传统“数字电路与逻辑设计”教学中存在的若干问题。最后，结合笔者的实际教学经验提出教学改革的指导思想，探讨解决当前一些问题的可行方法，详细阐述了教学改革措施。
参考文献：
[1]教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会.电子电气课程基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011.
[2]康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.
[3]俎云霄，于歆杰，郑君里.本科课程设置新计划解读及思考——以MIT的EECS系为例[J].高等理科教育，2010，（6）：40-43.
[4]黄勋，章国安，孙强.“数字逻辑设计”CAI的研究和应用[J].中国电力教育，2009，（3）：65-66.
（责任编辑：王意琴）