秦 鵬，靳國寶，章樂樂，吳澤鵬，孫 碩，唐 健

（巢湖學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 合肥 238000）

隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，機械類專業(yè)“電工與電子技術(shù)”課程教學(xué)面臨著多方面的挑戰(zhàn)。作為實現(xiàn)立德樹人的根本舉措，在“電工與電子技術(shù)”課程日常教學(xué)中引入課程思政，顯得尤為重要。對于高校而言，課程思政主要從思想政治課、專業(yè)素養(yǎng)課和專業(yè)教育課3個方面完成，三者相輔相成[1-2]。與思想政治課程不同，專業(yè)教育課程中的課程思政教學(xué)要與專業(yè)知識相關(guān)聯(lián)，是在專業(yè)知識的基礎(chǔ)上合理發(fā)散，要實現(xiàn)“潤物細無聲”的教育。具體到“電工與電子技術(shù)”課程中，因課程內(nèi)容、定位和教學(xué)目標(biāo)等不同，實施課程思政的方法和手段也不同[3-4]。

1 課程介紹

電類技術(shù)發(fā)展日新月異，應(yīng)用極為廣泛，在我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中占有重要地位。因此，在很多本科學(xué)校工科機械類專業(yè)中都會開設(shè)“電工與電子技術(shù)”課程，并將其定位為實踐性較強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。“電工與電子技術(shù)”課程內(nèi)容包括電路分析、模擬電路和數(shù)字電路三部分[5-6]。在實際教學(xué)中，從“電工與電子技術(shù)”與學(xué)科專業(yè)、科研生產(chǎn)需要之間的關(guān)聯(lián)切入，引導(dǎo)學(xué)生真實地學(xué)習(xí)知識、了解原理、掌握規(guī)律，并得到基本技能的訓(xùn)練，同時在課程講授中有機融合課程思政，旨在培養(yǎng)機械類相關(guān)專業(yè)學(xué)生解決涉及電工電子技術(shù)實際問題的能力，增強社會責(zé)任感，提高環(huán)保意識，感悟家國情懷，樹立正確的科學(xué)觀，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事本專業(yè)的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

2 學(xué)情分析

“電工與電子技術(shù)”課程開設(shè)在本科第4學(xué)期，通過本科前3個學(xué)期如“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”等先修課程的研修，學(xué)生有了一定的電學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)，思維相對活躍，樂于實踐，動手能力較強。結(jié)合之前電路、模擬電子技術(shù)和基本邏輯代數(shù)部分的學(xué)習(xí)以及實驗課的練習(xí)，學(xué)生也已經(jīng)基本掌握了數(shù)字電路中邏輯門的功能、組合邏輯電路的特點和分析方法以及Multisim電路仿真軟件的使用方法，具有初步的電路搭接能力和電路故障分析排查能力。

“組合邏輯電路設(shè)計”屬于“數(shù)字電子技術(shù)”部分對邏輯門電路的綜合使用，需要學(xué)生能把具體問題抽象為邏輯函數(shù)，并且通過邏輯電路來實現(xiàn)具體功能，難度相對較大。如果采用傳統(tǒng)的純理論推導(dǎo)，極易挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響后面知識的學(xué)習(xí)效果。因此，在課堂教學(xué)中可以采用“教師引導(dǎo)，學(xué)生主體”的模式，充分利用學(xué)生好奇、好學(xué)和好強的心理特點，以“三人表決器”的設(shè)計這一生活實際問題作為載體進行講解，結(jié)合Multisim電路仿真軟件將電路設(shè)計的結(jié)果可視化[7]，并及時地鞏固課堂知識，培養(yǎng)學(xué)生“組合邏輯電路設(shè)計”的專項能力。

3 教學(xué)目標(biāo)

作為對組合邏輯電路基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用，“組合邏輯電路設(shè)計”章節(jié)教學(xué)目標(biāo)可分為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)以及思政育人目標(biāo)三部分，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 “組合邏輯電路設(shè)計”教學(xué)目標(biāo)分解表

4 具體授課內(nèi)容

為了達到既定的教學(xué)目標(biāo)和課程思政要求，需要對“組合邏輯電路設(shè)計”的具體授課流程進行教學(xué)設(shè)計。整個流程如圖1所示，教學(xué)過程分為復(fù)習(xí)、新課學(xué)習(xí)和總結(jié)鞏固三大部分，每個部分都有對應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)進行內(nèi)容展開，總計7個教學(xué)環(huán)節(jié)[8-9]。

圖1 “組合邏輯電路設(shè)計”教學(xué)流程圖

4.1 復(fù)習(xí)部分

第一部分是對先學(xué)知識和內(nèi)容的回顧，對應(yīng)環(huán)節(jié)①：已學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)，主要是關(guān)于本章節(jié)要用到的組合邏輯代數(shù)的基本定律。具體理論教學(xué)內(nèi)容如表2所示。

表2 “組合邏輯電路設(shè)計”理論教學(xué)內(nèi)容

4.2 新課學(xué)習(xí)部分

本次教學(xué)設(shè)計將新課學(xué)習(xí)分為理論部分、實例應(yīng)用和課程思政三部分，對應(yīng)環(huán)節(jié)②到⑥，涉及一般組合邏輯電路的設(shè)計要求、步驟，以“三人表決器”為案例的具體電路設(shè)計、功能驗證和改進以及由此啟發(fā)的課程思政。

4.2.1 理論部分

具體落實到教學(xué)過程中，首先把環(huán)節(jié)②一般組合邏輯電路的設(shè)計要求和環(huán)節(jié)③一般組合邏輯電路的設(shè)計步驟等抽象及概括性的內(nèi)容直接分享給學(xué)生，其具體教學(xué)內(nèi)容如表2所示。

4.2.2 實例應(yīng)用

對照理論部分的內(nèi)容，并以“三人表決器”為例，完成環(huán)節(jié)④具體電路即“三人表決器”的設(shè)計和環(huán)節(jié)⑤具體電路即“三人表決器”的功能驗證及改進，實現(xiàn)從“抽象內(nèi)容概括”到“具體案例應(yīng)用”過渡，并對“抽象內(nèi)容概括”進行反饋的閉環(huán)。教學(xué)環(huán)節(jié)④和教學(xué)環(huán)節(jié)⑤是具體實例的應(yīng)用，在教學(xué)設(shè)計上應(yīng)及時地有機結(jié)合時事和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)情境如下：2022年北京冬奧會，某個運動項目有三名裁判（A、B和C），以少數(shù)服從多數(shù)的原則判定選手能否通過。假設(shè)學(xué)生是電子設(shè)計師，為評判環(huán)節(jié)設(shè)計一個電路，要求能夠體現(xiàn)裁判判定和選手是否過關(guān)之間的邏輯關(guān)系。

對實際問題的分析是：三名裁判（A、B和C）的意見相互獨立，每名裁判的意見只有“同意”和“不同意”兩種，按照排列組合的規(guī)律，不難發(fā)現(xiàn)，總共有2*2*2，即8種意見，按照題目中的少數(shù)服從多數(shù)的原則，也就是說，三名裁判有兩名或者兩名以上認(rèn)可，那么結(jié)果L即為“通過”，反之則為“不通過”，由此，可以得到如表3所示的邏輯關(guān)系分析表。

表3 “三人表決器”邏輯關(guān)系分析表

第一步：邏輯抽象。邏輯電路只能處理0和1，若要通過組合邏輯電路實現(xiàn)，則需對輸入信息，即三名裁判（A、B和C）的意見和輸出信息，即評定信息進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為邏輯電路能夠處理的0和1。因此進行如下約定：對于三名裁判（A、B和C）的輸入信號，“同意”為“1”，“不同意”則為“0”。對于評定結(jié)果：“通過”為“1”，“不通過”則為“0”，經(jīng)過這樣的邏輯約定之后，先前的邏輯關(guān)系分析就變成了如表4所示的只由0和1組成的真值表，這就完成了組合邏輯電路設(shè)計的第一步。

表4 “三人表決器”邏輯真值表

第二步：邏輯表達式。通過觀察真值表可知，里面是有4種情況輸出是1，而這4種情況是互斥的，所以只需要把這4種情況的輸入組合取一個并集，對應(yīng)到邏輯代數(shù)里，就是“邏輯或”起來就可以，結(jié)果如式（1）所示。

第三步：邏輯電路圖。根據(jù)式（1），選擇合適的基本邏輯門元件，在Multisim仿真軟件中直接構(gòu)造邏輯電路，可以看到，需要取A、B、C以及各自的非，然后通過三輸入與門，以及四輸入或門，同時兼顧結(jié)果的直觀性和可視化，為了讓結(jié)果更加直觀，在這里，課題組加上了ALight、BLight、CLight和YLight作為輸入信號和成績的判定。當(dāng)信號是1時，燈亮；當(dāng)信號是0時，燈滅?！叭吮頉Q器”在Multisim中的初步電路圖如圖2所示。

從圖2所示的“三人表決器”初步電路圖可以看出，其電路圖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，用到的邏輯門器件也很多，所以需要對邏輯門電路進行化簡，過程如圖3所示?；喼蟮慕Y(jié)果簡單很多，在Multisim仿真軟件中，將A、B和C三個輸入信號進行兩兩相與，再通過一個三輸入的或門，就可以實現(xiàn)邏輯功能，改進后的“三人表決器”電路圖如圖4所示，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖3所示的所有輸入組合，驗證輸出結(jié)果是否與預(yù)期相符。

圖2 “三人表決器”初步電路圖

圖3 “三人表決器”邏輯表達式化簡過程圖

圖4 改進后的“三人表決器”電路圖

4.2.3 課程思政展開

教學(xué)環(huán)節(jié)⑥課程思政展開是針對本章節(jié)的課程內(nèi)容，合理提取所涉及的思政要素。與思想政治課不同，專業(yè)課的教學(xué)中，要避免重復(fù)、老套和生硬地融入思政要素，可以通過知識關(guān)聯(lián)、案例分析合理提取所涉及的思政要素，進而有效實現(xiàn)課程思政育人的目的[10]，具體到“組合邏輯電路的設(shè)計”這一章節(jié)中，可以從以下方面展開課程思政。

1）“三人表決器”的邏輯表達式，可以通過L=AB+BC+AC，也可以通過L=A(B+C)+BC，還可以結(jié)合后續(xù)學(xué)習(xí)的74LS150八選一數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)，每種方式都有自己的優(yōu)點，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，應(yīng)廣開思路，以包容的心態(tài)看待問題，汲取他人設(shè)計的智慧。

2）在組合邏輯電路的分析和設(shè)計時，每個基本邏輯門器件只能實現(xiàn)一個基本功能，只有所有基本功能加在一起，才能構(gòu)成一套完整的邏輯電路，正如同學(xué)們的日常學(xué)習(xí)和生活都離不開集體合作一樣。用集體精神引導(dǎo)學(xué)生正確看待個體與整體的辯證關(guān)系，充分發(fā)揮個人在集體中的作用，在提高集體凝聚力和綜合性創(chuàng)新能力的同時，實現(xiàn)個人創(chuàng)造力和核心力的提升。

3）在組合邏輯電路的設(shè)計過程中，按照“提出需求”“問題分析”“邏輯抽象”“具體實現(xiàn)”“電路改進”和“新電路的具體實現(xiàn)”這樣的一個類似于螺旋式上升的方式進行，引導(dǎo)學(xué)生看待生活中的問題要從辯證發(fā)展的角度出發(fā)，一步一個腳印踏實向上，從量變到質(zhì)變，又從質(zhì)變開始新的量變，如此循環(huán)往復(fù)，終將實現(xiàn)自己的人生價值和社會價值。

4.3 總結(jié)鞏固部分

此部分對應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)⑦章節(jié)內(nèi)容總結(jié)及作業(yè)布置。新課內(nèi)容教學(xué)完成之后，及時對本章節(jié)的“組合邏輯電路設(shè)計”的重點內(nèi)容進行歸納總結(jié)，并設(shè)計相關(guān)題目，對已學(xué)內(nèi)容及時進行鞏固。題目場景可以以“無償獻血”的背景知識進行相應(yīng)的發(fā)散，點明“無償獻血”的社會意義，并且可以列舉本?；蛘邔W(xué)生周圍的“無償獻血”的實例，而后將題目展開，再次呼應(yīng)課程思政的背景。具體題目場景如下：人的血型有A、B、AB、O四種。輸血時輸血者的血型與受血者血型必須符合如圖5所示的箭頭指示的授受關(guān)系。試設(shè)計邏輯電路，判斷輸血者與受血者的血型是否符合上述規(guī)定。

圖5 “無償獻血”中的血型匹配規(guī)則關(guān)系圖

5 結(jié)語

機械類專業(yè)“電工與電子技術(shù)”課程，其知識點分散、內(nèi)容抽象，導(dǎo)致學(xué)生在理解和掌握上存在一定的難度。因此，“電工與電子技術(shù)”課程教學(xué)實踐可以結(jié)合具體應(yīng)用，從學(xué)生身邊的案例出發(fā)，結(jié)合時事作為題目背景進行教學(xué)設(shè)計，并且與課程思政進行有機融合。對于專業(yè)課程的思政教育要做到“守好一段渠、種好責(zé)任田”，使專業(yè)課程與思政教育同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，完成知識目標(biāo)和能力目標(biāo)的同時，也能夠順利達到思政教育的教學(xué)目的，進一步提高“電工與電子技術(shù)”課程的教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)的人才質(zhì)量。