浅淡《数字电子线路》教学与中职学生知识应用能力的培养

广东省电子技术学校    陈文新

《数字电子线路》是中等职业学校信息技术、计算机等专业的一门重要的技术基础课程。中职电子线路新教学大纲中指出：该课程的“教学目标是使学生掌握电子线路中各种基本电路的工作原理、基本功能、性能特点及应用实例……，具备应用常见模拟电路和数字电路的能力……”。与过去的教学大纲相比，新大纲把知识的应用由“了解”的位置提高到“具备这种能力”的位置。把学习电子线路知识和学习电子线路知识的应用放在同等位置。这是中职电子线路教学的一个新要求。

专业基础知识教学固然重要，因为没有基础知识，应用知识就成了无本之木。但是，学习基础知识又为了什么？学习的目的就在于应用。如果《数字电子线路》教学不重视其知识的应用，不重视学生应用知识能力的培养，他们只能是没有实际本领的“书呆子”。如果我们只片面强调系统传授知识，而忽视知识应用能力的培养或者只注意到教学要依赖于能力发展的一面，而忽视教学可促进能力发展的一面；只认识到教学好，发展也会好两相协调一致的一面，而忽视教学好，发展也并不一定好的一面，其结果势必使学生缺乏独立获取新知识的能力，缺乏知识应用能力和开拓创新精神。这与我国科学发展，经济振兴和社会进步对中职人才素质提出的要求相悖。

因此，探索在教学过程中突出培养学生应用知识、分析解决实际问题的能力，实现智能转化的途径和方法是非常必要的。

在中职《数字电子线路》教学中培养学生应用知识能力，我认为可从如下几方面入手：

在概念教学中培养学生应用知识的能力

在概念教学中要抓好概念的引入、形成、深化和应用等环节, 使学生在一个又一个概念学习中逐步了解概念形成所必须遵循的逻辑规律。使学生在学习新的概念时自觉地按照一定的规律去思考、探讨并将其掌握。在复习和应用旧概念时让学生能深入地理解概念的内涵、外延以及概念之间的关系。这是提高学生理解、分析和应用知识能力的有效方法之一。

在规律教学中培养学生应用知识的能力

《数字电子线路》教学中必须充分应用启发式，在抓依据、抓过程、抓讨论、抓运用四个环节上调动学生的积极思维，创设学生独立思考、独立活动的条件，培养他们获得知识和应用知识的能力。抓依据是依据客观的实际例子或依据已掌握的知识，提出趣味性、形象性、启发性的问题，从而达到引起兴趣、激发思维、明确方向、提出方法，使学生通过直观感受和逻辑思维来提高自身的应用知识能力。抓过程，教师要做到：步步设疑，步步引导，客观上教思路、教方法，使学生做到会观察、会抽象、会转化、会探索、会自己找出规律，以突出培养学生应用知识的能力。抓讨论，教师要用对比的方法揭示易混淆的数字电路的规律和概念，运用辩证观点揭示数字电路的规律及其意义，体现电路规律的因果性和相对性，使学生通过辩证的分析来提高自己应用知识的能力。抓运用，要体现数字电路的规律既来源于客观的实际应用，又被运用于具体的数字电路之中，教师要善于发现学生易于出错的问题，并且要及时深化、活化问题，使学生在运用数字电路规律的过程中，认识电路规律的丰富内容，更好地应用这些知识和规律。

在数字电路的课堂教学中，我曾尝试到注重调动学生“主体”积极性，加强应用实践的甜头。学生实践重要方式之一，是解决各类型的练习题。题目的內容要突出联系实际的应用，注重灵活运用知识，通过练习以求掌握知识，提高能力。在应用知识练习的过程中要注意启发诱导，教会学生分析解决问题的方法，培养良好的学习习惯。下面举几个例子加以说明。

图〈一〉例1电路图及输入波形

例1：图〈一〉(a) ~ (f)所示的电路，已知输入信号A、B的波形，试画出各个电路输出的电压波形。

题意分析： 本例给出一组TTL门电路及CMOS门电路，而且所有门的一个输入端都通过一电阻接地。由各器件内部结构看，从电源通过这一电阻到地可能形成电流通路，因此，分析时要注意到电阻两端将产生电压降，这一电压将构成门电路的一个输入信号，同时切勿忽略了TTL门电路输入端接入电阻的阻值大小，勿忽略了CMOS门绝缘栅的特性。　

可见，图〈一〉(a) ~ (f)电路的输出函数表达式分别为： 。其对应的输出波形见图〈h〉所示。

授课时设置本例的目的在于使学生熟悉门电路外特性之一输入负载特性。对于TTL门电路要求学生掌握关门电阻R_OFF与开门电阻R_ON的含义及其作用；对于CMOS门电路，要求学生理解绝缘栅的特性，由于无栅流存在，输入端接电阻到地，相当于低电平输入方式。为了使学生进一步理解、真正掌握这些重要的概念，并会用以指导解决具体问题，教学中还可以通过实验课，要求学生分别选用对应的TTL、CMOS集成门，按电路图连接好，验证自己理论上分析的波形正确与否。

例2：试分析图二(a)、(b)所示电路的逻辑功能，写出Y₁、Y₂的逻辑表达式。图中的门电路均为CMOS门，若该电路中的门采用TTL门可以吗？

题意分析：本例电路是CMOS与非门及或非门扩展输入端的一种方式。由于CMOS门输入电压范围U_I为0~V_DD（其中NMOS管开启电压V_TN>0；PMOS管开启电压V_TP<0，一般V_TN=|V_TP|约为1~3V），为保证CMOS器件能正常工作，常取V_DD>V_TN+|V_TP|，因此，V_DD允许的范围为（+3V~+18V）。只要V_DD≥U_I≥V_TN，则NMOS管导通；而0≤U_I≤（V_DD-|V_TP|），则PMOS管导通。由于CMOS电路的输入信号范围较宽，该电路的扩展方式是可行的，既可直接驱动后级CMOS电路，又可通过电平转移驱动TTL电路工作。但若电路中的门改用TTL电路，由于TTL电路的电源电压V_CC等于5V，所以输入输出电平通常高电平为3.6V，低电平为0.3V。采用这种方式扩展后，不能满足TTL电路输出电平的要求，无法驱动后级门（TTL门）工作。经分析可知：

该电路输入端扩展方法，不能用于TTL门电路。

本例的设置主要是使学生熟悉CMOS门电路及TTL门电路各自输入、输出电平取值要求，并了解门电路扩展输入端的方式。其次通过本例使学生进一步理解两种器件的结构及工作原理是不同的：MOS管属电压控制型器件，工作状态由V_GS决定。作为开关应用时，只要V_GS满足开启电压的要求，器件即可导通，工作时无栅流，输入电压取值范围较宽。半导体三极管属电流控制型器件，工作状态由I_B决定。作为开关应用时，若I_B≤0，则器件截止，若I_B≥I_BS，则器件饱和导通，输入信号电平有较严格的取值要求。构成TTL门电路后，电路的输入特性要满足相应的规范。因此，对于CMOS电路扩展输入端的有效方法，不一定能适用于TTL电路，应作具体的分析。 

例3：图〈三〉中（a）所示电路是一个两相时钟源。设图中主从型JK触发器的初态为0，试画出电路在CP信号（如图b所示）作用下，Q、 、V₀₁、V₀₂各端的波形。

题意分析：本例触发器为CMOS主从型JK触发器，接成计数工作方式，并利用其状态作为选通信号，控制时钟CP输出。当Q=1时，CP信号由门1、2输出，当Q=0时，CP信号由门3、4输出。因此构成两相时钟输出。而且输出时钟信号的脉宽即是输入时钟的脉宽，周期为输入时钟CP周期的两倍。

由此可得触发器次态 ，画出Q、 、V₀₁、V₀₂的波形如图（c）所示。本例设置的目的是：①通过本例分析，学生可进一步理解主从型JK触发器的动作特点。在构成计数型触发器时，有两种连接方式：一是本例的连接方式，二是J与K相连，并令其恒等于1，或是将J与K直接悬空。在实际应用中，学生应能够识别这些结构形式，以便分析其工作方式。②使学生了解可用触发器及适当的门来构成多相时钟源，这在数字系统中其应用相当广泛。并了解多相时钟源即是将一路时钟脉冲转换为多相时钟脉冲或节拍脉冲的电路。其电路一般由计数器和译码器构成。通过本例学生可进一步了解触发器的工作原理及其实际的应用。