应用型人才培养视域下《数字电路》课程教学改革.doc

应用型人才培养视域下《数字电路》课程教学改革
摘要:从教学中存在的问题出发,提出《数字电路》课程教学改革举措:更新教学内容,积极推进数字电路与自动化技术的有效衔接和兼容;采纳以点带面和触类旁通的教学方法,寻找规律,提高教学质量;以项目式教学为主导,拓展和丰富课堂教学内容,做好后续课程接续工作。本着应用型人才培养的目标,优化学时安排,切实推进《数字电路》课程教学改革。
关键词:《数字电路》课程;物联网工程;课程教学改革
DOIDOI:
中图分类号:G434
文献标识码:A 文章编号:1672-7800(2017)006-0214-03
0 引言
目前,数字电子技术完全遵守摩尔定律,向着低功耗、智能化和集成化方向发展。CPU从8088的几兆核磁的频率跃进到10Ghz的门槛;[1-2];74系列器件组合的“板上系统”进入到
FPGA的SOPC“片上系统”,SOC系统的尺寸集成度达到10nm,并且台积电的10nm技术将会应用在“iPhone 8”、华为Mate9等高端智能机中;2015年六一儿童节,Intel 以重金167亿美元购买Alter公司,Alter是生产FPGA的第二大产商[3];2016年9月Xilinx收购Auviz Systems,Xilinx是FPGA最大的厂商[4];中资背景的基金Canyon Bridge在2016年11月4日以13亿美元的价格收购FPGA第三厂商Lattice[5]。可以预见,FPGA技术将会在并行计算方面得到广泛应用,而《数字电路》课程的内容是FPGA技术的基础。因此,《数字电路》作为物联网工程专业的核心课程之一,倍受重视。从《数字电路》课程教学中存在的问题和应用型人才培养的需要出发,从教学内容、教学手段、教学方法上对《数字电路》的课程教学提出一些改革举措。
1 《数字电路》课程教学中存在的问题
数字电子技术在向智能化、集成化发展的过程中,其在物联网中的应用也日益广泛。“万物互联”时代,数字电路愈显重要。它是嵌入式课程体系的基石,例如单片机原理及应用、计算机组成原理、STM32、A8网关嵌入式原理及应用、物联网通信技术等,都能找到电子技术的影子。《数字电路》课程在物联网专业领域赢获高度重视,同时也对这门课的教学内容、教学手段和教学方法提出了史无前例的挑战
[6]。
自2008年以来,笔者一直承担着《数字电路》课程的教学任务。基于多年专业知识系统的学习和教学经验的积累,总结出《数字电路》课程教学中存在的一些问题:一是教材内容陈旧,其与自动化技术很难兼容、衔接;二是知识点盘根错节,令人眼花缭乱,缺乏一种融会贯通的思路;三是在教学安排上,理论教学占比太大,实践操作环节欠缺。如果想做好嵌入式课程体系的传承性、延续性和奠基性工作,就必须对《数字电路》课程进行教学改革。
2 《数字电路》课程教学改革举措
积极拓展教学内容,实现数字电路与自动化技术的有效衔接和兼容
《数字电路》课程教学中存在很多与自动化技术不能有效兼容的问题。其中,逻辑函数的化简与自动化技术在内容兼容和衔接方面就存在许多障碍。逻辑函数的化简所涉及的公式繁多,与普通代数公式容易混淆,化?过程中需要一定的技巧,这些确实是一块较难掌握的内容。事实上,化简的工作完全可以采用自动化软件来处理。例如
Multisim仿真软件的使用,该软件已经提供了一个虚拟逻辑转换器,能够完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路三者之间的相互转换功能[7]。
《数字电路》课程的知识点较为琐碎、零散,规律性不是很强,但是经过仔细研究,发现还是有规律可循的,主要包括组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路的设计和分析过程中,最核心的部分就是如何构造真值表,需要明确实现一个功能需要输入变量数和输出变量数,并且给出什么情况取1,什么情况取0,然后根据逻辑功能给出真值表。如出一辙的还有同步时序电路的设计与分析,该部分的重点就是构造状态图。有了真值表和状态图之后,就可以通过数字系统自动化设计软件完成对应的电路设计和测试。由此不难发现,对于组合逻辑电路,首先用Verilog HDL语言对输入输出端口进行申明,用wire或reg进行数据类型说明,接着在数据流描述语句中用assign语句实现相应功能,或行为级描述中用结构的过程always用case和endcase语句来描述真值表。对于时序逻辑电路,用Parameter语句定义电路的状态,用always语句描述时钟控制的状态转换以及电路的次态逻辑。借助自动化技术完全可以做到利用极少数的语句实现关键部件设计,解决
HDL语言教学费时费力的问题,从而使学生学习的焦点聚集在真值表和状态图的重点知识