丁巖松，王曉麗，薛海鷹

（陸軍裝甲兵學(xué)院，北京 100072）

1 引言

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（以下簡(jiǎn)稱“數(shù)電”）是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業(yè)在電子技術(shù)方面的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有自身的體系和很強(qiáng)的實(shí)踐性。

“數(shù)電”的前繼課程為模擬電子電路，后續(xù)課程是微型計(jì)算機(jī)原理，起著承上啟下的作用。如何學(xué)好這門課程？經(jīng)驗(yàn)來談，學(xué)生在經(jīng)過《電路》和《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》兩門課程的學(xué)習(xí)后，往往將“數(shù)電”的學(xué)習(xí)理解為物理電路的學(xué)習(xí),其思維方式也還局限在連續(xù)、模擬概念上，沒有形成離散的、數(shù)字化的概念，缺乏對(duì)知識(shí)的思考和總結(jié)。而這種思維模式的轉(zhuǎn)變，也正是取決于教師的課堂引導(dǎo)[1]。因此，要教好和學(xué)好“數(shù)電”這門課，思維方式轉(zhuǎn)變必然成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中不容忽視的問題。具體來說，將思維方式的轉(zhuǎn)變歸納為以下幾點(diǎn)，即：“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變；“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變；“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變；“理論”到“實(shí)踐”的思維轉(zhuǎn)變。

2 思維方式的轉(zhuǎn)變

2.1 “模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變

由于一般院校的課時(shí)安排都是先開《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，幾周后《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》再開課，學(xué)生容易搞不清楚這兩門課差別究竟在何處。因此，在“緒論”部分，應(yīng)該重點(diǎn)介紹“模擬”和“數(shù)字”的區(qū)別，使同學(xué)們有一個(gè)從“模擬”到“數(shù)字”的思維轉(zhuǎn)變。

運(yùn)用直觀的方法，使學(xué)生將兩種截然相反的概念聯(lián)系在一起，要想建立數(shù)字概念，必須通過已經(jīng)掌握的“連續(xù)”概念來建立[2]。（表 1）

模擬電路的重點(diǎn)是物理電路，而數(shù)字電路更多地強(qiáng)調(diào)邏輯分析的應(yīng)用。因此，課程學(xué)習(xí)的目的有兩個(gè)：其一是基本單元電路的學(xué)習(xí)；其二是數(shù)學(xué)邏輯思維的建立。其中，幫助學(xué)生建立起數(shù)學(xué)邏輯思維，不僅對(duì)解決學(xué)生數(shù)學(xué)電路難學(xué)、難理解問題產(chǎn)生作用，對(duì)后續(xù)專業(yè)課的進(jìn)一步學(xué)習(xí)也意義重大。因此，在分清“模擬”與“數(shù)字”兩種信號(hào)及電路的區(qū)別基礎(chǔ)上，討論關(guān)于從“數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變。

表1 模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別

2.2 “數(shù)學(xué)”到“邏輯”的思維轉(zhuǎn)變

數(shù)字電子分為數(shù)字邏輯技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)。前者是用數(shù)學(xué)方法研究和處理事件之間的邏輯關(guān)系，后者是研究數(shù)字邏輯的電路實(shí)現(xiàn)方法?！斑壿嫶鷶?shù)”只是分析數(shù)字電路的一個(gè)工具，“0”和“1”僅代表因果關(guān)系，而并非具有大小含義[3]?？梢越柚唧w的實(shí)例來適應(yīng)從數(shù)學(xué)思維到邏輯思維方式的轉(zhuǎn)變。

用生活中的常見實(shí)例來解釋“邏輯”的概念。

圖1所示為一路燈，三地各有獨(dú)立控制開關(guān)，用A、B、C來表示。任意閉合一個(gè)開關(guān)，燈亮；任意閉合兩個(gè)開關(guān)，燈滅；三個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，燈亮。

圖1 三地控制路燈

因?yàn)闊糁挥袃煞N狀態(tài)（“亮”和“滅”）；三個(gè)開關(guān)也各有兩種狀態(tài)（“打開”和“閉合”），建立邏輯關(guān)系時(shí)，就可以用“1”和“0”來表示截然相反的兩種狀態(tài)。當(dāng)把一個(gè)工程問題描述為數(shù)字邏輯系統(tǒng)時(shí)，就意味著不再關(guān)心數(shù)量的大小及相互影響，只關(guān)心各個(gè)事件間的邏輯關(guān)系。通過這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，加深了對(duì)“邏輯”一詞的理解，抓住了數(shù)字邏輯電路課程的特點(diǎn)，與數(shù)值大小無關(guān)。

2.3 從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大進(jìn)展，數(shù)字邏輯器件已在短時(shí)間內(nèi)從分立元件發(fā)展到中、小規(guī)模的集成電路，直到目前常用的大規(guī)模和超大規(guī)模的可編程邏輯器件（PLD）。

在前續(xù)的“電路”及“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程中對(duì)電子分立元件（如：電阻、電容、電感、二極管、三極管等）的內(nèi)在特性做了詳細(xì)介紹。在“數(shù)電”的學(xué)習(xí)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“分立”到“集成”的思維轉(zhuǎn)變，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)放到中小規(guī)模集成電路上，用時(shí)引入大規(guī)模集成電路VLSI（包括PALGALFPGACPLD等）和簡(jiǎn)單VHDL語言的內(nèi)容以體現(xiàn)“新”。

圖2 大規(guī)模集成電路組成

2.4 從“理論”到“實(shí)踐”的思維轉(zhuǎn)變

“數(shù)電”這門課具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。純粹的理論會(huì)使學(xué)生感覺枯燥乏味，而單純的應(yīng)用缺少扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也不可取。因此，在確保理論完整性的前提下，要把實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)能力的主要方式。學(xué)生可以通過課堂仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，盡可能多地了解數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法。改變傳統(tǒng)的僅獲取課本的理論知識(shí)就達(dá)到學(xué)習(xí)目的這一想法，盡可能多地接受與“數(shù)電”相關(guān)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，有助于學(xué)生建立工程思維觀念，從工程實(shí)際的角度去思考和處理問題，用近似的和等效的觀點(diǎn)去分析事物，開啟創(chuàng)造性思維方式。

3 結(jié)語

在“數(shù)電”課程的學(xué)習(xí)過程中，實(shí)現(xiàn)思維方式轉(zhuǎn)變是一個(gè)非常重要的過程，可以從整體上把握數(shù)字邏輯電路課程的基本思想，從而為深入理解所學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)思維方式的轉(zhuǎn)變，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字—邏輯—集成—實(shí)踐”思維模式的建立。