SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘 要：为深化实验教学改革，培养具有创新意识和实践能力的高素质工程技术人才。论述了数字逻辑设计性实验教学要处理好的两个关系，给出数字逻辑设计性实验开设模式并强调实验教学的几个重要环节。教学实践表明，数字逻辑设计性实验 激发学生学习兴趣，提高了实际操作技能，培养了创新意识，取得良好的效果。
关键词：实验教学 ；设计性实验 ；数字逻辑 ；EDA 技术
Reform and Practice in Experimental Teaching of Digital Logic Design
ZHAO Jiasong, ZHOU Bing, ZHANG Jinheng
（College of Science, Yunnan Agricultural University, Kunming Yunnan 650201）
【Abstract】： In order to deepen the reform of experimental teaching and train high-quality engineering and technical personnel with innovative consciousness and practical ability, this paper discusses the two relations to be dealt with in experimental teaching of digital logic design, puts forward the experimental teaching mode of digital logic design and emphasizes several important segments in experimental teaching. The teaching practice shows that the experiment of digital logic design achieves good results in that it stimulates students interests in learning, improves their practical operation skills and cultivates their innovative consciousness.
【Key words】： experimental teaching;designed experiment;digital logic;EDA technology
0 引言
实验教学是高等教育的重要组成部分，是抽象与具 体、理论与实践相结合的过程，在人才培养中具有理论 和其他教学环节不可替代的作用。为了与时俱进，培养 出适合新时期发展所需要的创新型、实用型高素质合格 人才，全国高等院校普遍进行实验教学改革 [1-3]，促进 学生理解专业知识，掌握实际操作技能，培养创新能 力。加强设计性实验是深化实验教学改革、提高实验教 学质量、适应人才培养需要的重要举措。数字逻辑课程 是电子信息、计算机等电类专业的核心专业基础课。其 实验的开设有两种模式，一是理论教学与实验合为一门 课程，二是单独开设实验课程。目前，两种数字逻辑实验教学模式中都开设了设计性实验，这是本科教学评估 体系中的一个重要指标，也是新工科建设的要求，更是 适应社会发展，培养具有创新素质的应用型人才的需要。
1 数字逻辑设计性实验教学要处理好的两个关系
设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由 学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验 与基础实验比较，其训练内容与层次更高，探索性更 强，与科研的联系更密切，难度会更大一些。其目的是 培养学生综合运用理论知识的能力，提高学生学习的主 动性和热情，学会运用所学的专业知识按照科学的研究 方法，通过主动探索、大胆创新来解决实际问题提高基 本技能和综合素质。目前，国内各高校根据设计性实验 的要求，结合课程的特点，根据各校的师资、实验室条 件及生源情况，进行数字逻辑设计性实验教学实践 [4-5]。 我校 2016 年开设数字逻辑设计性实验，参考其他高校数字逻辑实验教学的经验，通过近 5 年的教学实践，我 们认为普通高等院校进行数字逻辑设计性实验教学要处 理好两个关系。
1.1 理论教学与实验教学相辅相成
进行数字逻辑设计性实验，首先要对实验要求作分 析，得出原理图，再选择器件，拟定实验方案完成实 验，正确的理论分析是完成设计实验的基础。开设设计 性实验是实验教学改革的核心内容，然而，只在实验教 学环节加强逻辑电路的设计，受实验教学学时等因素的 制约，设计性实验的效果并不好，甚至是否能完成设计 性实验都成问题。因此，理论教学内容和方法必须进行相应的改革。可以摒弃诸如分立元件门电路等内容，在 整个教学环节紧紧围绕设计这个核心，以设计的思想 “武装”学生的头脑，加强逻辑电路设计案例的教学。 良好的教学效果是这样的，学生在理论教学中学习到一 个数字逻辑问题，带着疑问并充满兴趣地走入实验，将 生活中的逻辑问题转变为逻辑电路并实现。然后愉快并 充满期待地回到课堂，再走入实验室。这是课堂与实验 室的良性循环，更是理论与实践的良性互动。
1.2 EDA 技术与数字逻辑电路设计性实验相结合
EDA（Electronic Design Automation， 电子设计 自动化）技术是现代电子设计技术的核心，涉及面广、 内容丰富，有广义和狭义两种理解。广义的 EDA 技术可 理解为应用计算机技术进行电子电路设计，电子电路仿 真及系统分析等电子技术相关自动化设计技术。狭义的 EDA 技术是指以计算机为工作平台，以 EDA 软件工具为 开发环境， 以 HDL（Hardware Description Language， 硬件描述语言）为设计语言，以大规模可编程逻辑器件 为实验载体， 以 ASIC、SOC 芯片为目标器件， 以高级 语言描述、系统级仿真和综合技术为特征，设计应用性 的自动化电子产品 [6]。把原来硬件的大部分工作转换成在 EDA 软件平台上，实现了硬件软设计。其基本设计 方法是借助于 EDA 软件，用原理图、硬件描述语言等 方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电 缆，由目标器件实现。大多数高校涉电类专业开设的 EDA 技术课程都是狭义的 EDA 技术。
数字逻辑课程以逻辑代数为基础， 以中、小规模数 字集成电路为器件，用真值表、逻辑函数表达式、状态 转换图和波形图等方法描述电路逻辑功能，分析和设计组合、时序逻辑电路，课程中介绍可编辑逻辑器件及应 用。很多高校将 EDA 技术应用于数字逻辑电路设计性 实验中 [7-8]，根据数字逻辑课程的主要教学内容，不推 荐采用狭义 EDA 技术进行数字逻辑设计性实验，更应 避免用狭义 EDA 技术全面代替数字逻辑实验。建议狭 义 EDA 技术单独开设课程进行教学与实验，效果更好。 针对普通高等学校的师资、硬件条件及生源情况，数字 逻辑设计性实验采用广义 EDA 技术更为通用与实际， 通常用 Multisim 软件进行仿真设计 [9-10]，在有限的时 间内将有效地完成数字逻辑电路的设计与实验。
2 数字逻辑设计性实验教学实践
2.1 数字逻辑设计性实验开设模式
在数字逻辑实验教学改革初期，很多高校对设计性 实验的认识及准备都不充分，对设计性实验的开设往往 采取调整、合并原有验证性的基础上，按验证性实验与 设计性实验学时比例为 1:3（或 1:4）进行实验教学。具 体做法是完成几个验证性实验后，增加 1 到 2 个设计性 实验。学生在进行验证性实验时仍然按传统方法，即看 图连线，记录数据，根据实验指导书，抄写实验报告上 交。进行设计性实验时，由于学生在前期的验证性实验训练“依靠”思想严重，缺乏主动性，常常出现不知所 措，无从下手的情况，为了在规定时间完成实验内容， 教师只能“代替”学生完成实验设计，学生仅仅是按教 师给出的设计方案完成实验。这样的开设模式，并没有 达到增加设计性实验，提高学生实验技能和创新能力的 效果。
较好的数字逻辑设计性实验开设模式是在验证性实 验项目中加入设计性实验内容，学生从第一个实验就建立和实践逻辑电路的设计思想。设计内容根据教学进程 由简单到复杂，循序渐进。符合认知规律进行学习与实 验，学生不但能顺利完成相对复杂的、独立的设计性实 验项目，而且切实提高了动手能力，增加了信心，提高 了分析问题与解决问题的能力。数字逻辑设计性实验的 一个开设范例如表 1 所示。
以上设计性内容，在用 EDA 仿真软件 Multisim 进行虚拟实验成功后，再用实验箱或是电路板进行硬件 实验，将减少器件的损坏，提高实验效率。数字逻辑综 合设计项目也可由学生参照表 1 自行拟题，交指导教师 从难度、可行性等方面审定后进行设计性实验。
2.2 数字逻辑设计性实验教学的几个重要环节
2.2.1 重视验证性实验，熟练掌握基础实验技能
实验教学改革的目标是由验证性向设计性转变，但 验证性实验是整个实验教学最基础的部分，也是和理论 教学联系最紧密的部分。通过验证性实验，让学生掌握 基本实验理论，学会数据处理知识和编写实验报告电 路，熟悉了基本元器件的识别测量和电子电路连接的基 本过程，学会故障查找和排除的基本方法，熟悉万用 表、示波器等实验仪器的使用。验证性实验草草了事， 学生在进行设计性实验时，就会出现诸如不会判断集成 电路好坏和各引脚功能的情况，这将严重阻碍设计性实 验的进行，甚至无法完成设计。
2.2.2 引导学生自主学习与实践
引入设计性实验内容后，在规定的时间（一般实验 2 学时，综合设计实验 4 － 6 学时）学生是很难完成所 有实验内容。这就需要调动学生的学习主动性，利用课 余时间，查阅资料，充分预习，拟定实验方案和设计电 路并进行计算机仿真验证。教师的引导方法是在实验指导书中，注明预习要求和设计提示，实验前检查指导， 实验后总结鼓励。
2.2.3 开放实验室
开放实验室为设计性实验长远发展提供了物质基础和良好环境。学生进行自主选题后，设计性实验的顺利 完成，很大程度上是由于在开放实验室里有科学研究的 氛围和硬件条件。领导重视、教师奉献、学生好学是开 放实验室取得良好教学效果的三要素。
3 结语
经过近几年的探索与实践，数字逻辑设计性实验教 学取得了明显的效果。（1）学生的学习积极性和主动性 调动起来了，学习兴趣为设计实践提供了强大的力量。（2）通过查阅文献、确定方案、器件选型，仿真验证， 实验调试等设计性实验的系统训练，学生扩宽了知识 面，提高了实际操作技能，培养了创新意识。（3）实验 技能的提高也促进了理论学习效果，这从数字逻辑理论 考试成绩的提高得到了有力的验证。（4）设计性实验开 设也提高了教师的业务水平，增加了教师教学、科研的 意识，有效地提高了教学质量。
数字逻辑设计性实验教学将随着科技的进步和社会 的发展不断改革完善。在实践教学中要对设计性实验选 题、成绩评定等教学过程作进一步研究 ；更有效地解决 开放实验室管理、设计性实验开设经费等问题。
参考文献
[1] 刘岚,李成范,周时强,等.数字逻辑实验教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索,2015,34(9):188-191+272.
[2] 李建霞,闫朝阳.工程教育专业认证背景下数字电子技术实 验改革[J].实验室研究与探索,2017,36(1):156-159.
[3] 盛建伦,刘淑霞,王勇,等.数字逻辑实验技术改革的研究[J]. 实验技术与管理,2015,32(4):216-219.
[4] 田淑珍,杨士强,董代洁.创意型数字逻辑设计实验[J].实验技 术与管理,2015,32(2):36-38.
[5] 王晴,刘宏伟,张彦航,等.数字逻辑与数字系统设计实验教学 改革及探索[J].计算机教育,2018(3):46-51.
[6] 潘松,黄继业.EDA技术实用教程:VHDL版[M].北京:科学出 版社,2010.
[7] 李玉华.EDA技术与电子技术实验教学结合的探讨[J].长春 师范学院学报(自然科学版),2009,28(6):94-96.
[8] 肖杰,李强,龙胜春,等.数字逻辑电路课程设计实验教学改革 与实践[J].计算机教育,2018(5):71-75.
[9] 赵家松,严伟榆,张海涛.基于Multisim 10的汽车尾灯控制 电路设计与仿真[J].苏州大学学报(工科版),2011,31(2):30-34.. [10] 冼进,赖晓铮.基于Multisim仿真数字逻辑实验教学改革 [J].实验室研究与索,2019,38(9):228-232+297.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/35939.html
