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摘要：《数字电子技术》课程在自动化类、电子信息类专业的课程体系中起着重要支撑作用。为提高学生的学习兴趣，以职业能力、创新能力培养为目标，进行了TRIZ创新方法贯穿课程始终的教学改革。基于TRIZ理论的FAST图解法、冲突方法对课程中的工作任务的实施过程进行改进，创新理论的融入提升了《数字电子技术》课程的教学效果。
关键词：数字电子技术；TRIZ理论；FAST图解法；冲突
本文引用格式：王丽佳，等.基于TRIZ理论的《数字电子技术》课程改革[J].教育现代化,2020,7(56):70-72,84.
Curriculum Reform of the Digital Electronic Technology Based on the TRIZ Theory
WANG Li-jia,WEN Bin-bin
(Department of Intelligent Manufacture of Hebei College of Industry and Technology,Shijiazhuang Hebei)
Abstract:The course of digital electronic technology plays an important role in the course system of automation and electronic information majors.In order to improve students’interest,the TRIZ innovation method has been carried out throughout the teaching reform.This method aims at the cultivation of professional ability and innovation ability.Based on the FAST graphic method and the conflict technology of the TRIZ theory,the implementation process of tasks in the course is improved.The integration of innovative theory improves the teaching effect of digital electronic technology course.
Key words:Digital electronic technology;TRIZ Theory;FAST graphic;Conflict technology
一 引言
《数字电子技术》课程是自动化类、电子信息类专业的专业基础课，在整个专业的课程体系中起着重要的承上起下的作用。对学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑作用。
二传统《数字电子技术》课程教学中的问题
《数字电子技术》课程由课堂理论教学和实践教学两部分组成[1,2]。其中课堂教学部分主要是让学生掌握数字电子技术的理论性知识，实践教学分实验验证和课程设计两个部分。其中的实践教学中，大部分学校采用实验箱验证，功能单一。学生按照实验指导书被动做简单的线路连线。实验与理论脱节，只是为了实验而实验。对于实验中遇到的问题，大部分学生缺乏思考，无法独立找到相应的理论支撑。在课程设计环节，普遍采用教师下发任务书，学生按照任务书中（或网上检索）的电路原理图进行重复性的电子电路的焊接与制作。在实践教学中学生独立思考少，一旦检索不到课程设计所要求设计的电路，就束手无策。长期的被动接受式学习，学生普遍缺乏进一步创新的热情，思维方式固化，分析问题、解决问题的能力有待提高。
三改革创新
为解决传统的《数字电子技术》教学过程中存在的问题，培养学生的创新能力[3]、问题解决能力，拓宽学生的知识面，设计了包含“初始方案确定、电子元器件选型、基本电路单元设计、电路仿真、最终电路方案确定、电路板焊接”的全流程教学改革方案，让学生接触电子产品设计的全过程。在教学过程的不同阶段分别引入TRIZ创新理论[4,5]中的FAST图解法和冲突分析方法。在教学实施中，教师多引导、学生多思考，形成“教+学+思+做”的良性循环，提高学生的技术技能水平，培养学生的创新思维。
以三人表决器的创新设计为例介绍基于TRIZ理论的教学改革的实施过程。
教师向学生发布三人表决器设计的任务单。学生分组，按照任务单中任务实施步骤（如图1所示）进行“三人表决器的设计”。
1.分析任务。
任务要求为：设计一个用与非门实现的三人表决器。有A、B、C三个裁判对一提案进行表决，当两人或两人以上同意，提案通过，否则提案不通过。
2.FAST图解法绘制功能模型图，得到电路原理方框图。
FAST图解法即功能分析系统技术（Function Analysis System Technique，FAST），该方法是利用功能上下位之间的关系和并列关系进行功能整理而得到功能模型图[6]。FAST图解法的流程图如图2所示。
学生领到任务后自行分组，按照任务书中任务实施步骤首先利用FAST图解法分析系统。通过对三人表决器任务分析，确定其主功能为“表决胜负”。进一步，学生通过不断分析如何实现这一功能，不断问“为什么”，“怎么办”，最终绘制出系统的功能模型图。学生绘制的三人表决器功能模型图示例如图3所示。在得到的功能模型图的基础上绘制电路原理方框图。
3.选择合适的按键，并设计按键输入电路。通过对比各种按键的优缺点，选择合适的按键，并进行按键输入电路的设计，如图4所示。
4.选择合适的芯片，并设计表决逻辑电路。在该步骤中，利用数字电子技术中组合逻辑电路的设计方法设计出三人表决器的表决逻辑电路。针对该电路中用到的门电路，选择性价比高的芯片，并最终完成表决逻辑电路的设计，如图5所示。
5.形成初步设计方案，并仿真验证。
形成初步解决方案。教师对学生的初步解决方案进行评价修正。得到的初步解决方案。在Proteus仿软件[7,8]中对初步解决方案进行仿真，调试无误后观察实验现象。通过实验现象分析所设计电路的优缺点。如果所设计电路能满足要求，则可形成最终方案并进入硬件电路制作过程。如果所设计电路不能满足要求，则对其进一步分析改进。
6.选择合适的TRIZ创新方法对存在问题进行分析改进。
例如，学生在三人表决器电路的设计过程中经常会出现的问题为：“表决过程中常采用的按键为轻触开关，裁判按一下按键后不会停留太久而松开按键。当三个裁判中任意两个或三个都按下按键时，表决成功，此时输出的信号灯亮起。然而裁判很快会松开按键，此时信号灯会自动灭掉，从而丢失了当前的正确表决结果，影响最终的裁决。”
对于设计中的此问题，教师引导、启发学生将该问题描述为技术冲突[9]，例如：为保持当前的表决结果，使相应的信号灯状态（0或1）在一定时间内不变，应将轻触开关换为能保持按键状态的单刀单掷开关，然而此种开关不能自动复位，这样做会给裁判增加复位的操作，从而带来不必要的麻烦。
进一步引导学生根据所描述的技术冲突，提炼工程参数，并通过查冲突矩阵表得到能解决该问题的发明原理，如表1所示。
对查表得来的发明原理进行分析，并得出解决问题的方法。
例如，根据发明原理10预先作用的“B、在方便的位置预先安置物体，使其在最适当的时机发挥作用而不浪费时间”
通过学生分析，教师引导得到可行性解决方案：在输出信号灯处增加一个RS触发器构成的锁存电路，当裁判判决结束后，锁存电路对表决结果进行锁存，直到主持人按键，重启电路，开始新一轮裁决。锁存电路如图6所示。
7.形成最终解决方案。
根据以上分析形成最终解决方案，并在Protues软件中对其进行验证。
8.撰写产品设计报告。
调试无误后，填写工作日志，完成工作总结，完成产品的制作与报告的撰写，最后教师对各组的任务完成情况进行打分。
四《数字电子技术》课程改革总结
通过对电子信息工程技术专业、应用电子技术专业实施教学改革，新的教学方案具有以下优势。
（一）学生思维方式改变
在项目实施过程中，形成“教+学+思+做”的良性循环,学生遇到困难后，不再第一时间先问老师、同学，或上网检索，而是先思考，分析问题的原因，再利用掌握的TRIZ工具解决问题。
（二）学生学习的知识面明显扩大
通过教学改革，学生不仅掌握了数字电子技术的基本理论知识，而且掌握了对接电子产品辅助设计岗位的关键知识，如：元器件选型，典型电子电路设计等。学生的综合能力有了明显的提高。
（三）学生创新能力明显提高
在《数字电子技术》教学的全过程中引入TRIZ创新方法，使创新方法不再是纸上谈兵，有助于学生将该方法与实际专业所学对接，在专业课学习过程中提高创新能力。
《数字电子技术》是自动化类、电子信息类的专业核心课，学好该门课程对学生后期发展具有重要的作用。以TRIZ为基础的《数字电子技术》课程教学改革在实施过程中能大幅度提升学生的技术技能水平，且教学效果显著。
参考文献
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[9]檀润华.创新设计:TRIZ:发明问题解决理论[M].机械工业出版社,2002.
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