组合电路设计自主式教学研究与实践

李爱华 王建斌 谢志刚

中国人民解放军军械工程学院 河北石家庄 050003

组合电路设计自主式教学研究与实践

李爱华 王建斌 谢志刚

中国人民解放军军械工程学院 河北石家庄 050003

以数字电子技术组合电路设计课程内容为例，尝试借助现有的信息化教学资源(仿真软件Multisim或EWB及互联网)实施自主式教学，培养学员自主学习能力。实践表明：学员有效利用信息化教学资源实现自主学习，提高了他们的自主学习能力，而且锻炼了他们的团队协作能力、语言表达能力以及探索创新等能力。

自主学习能力；信息化资源；仿真软件

2012年5月，中央军委颁发了《2020年前军队院校教育改革和发展规划纲要》。《纲要》提出到2020年形成现代军队院校教育体制，形成“以能力培养为导向的现代教学体系”。为全面落实上级指示精神，我院开展了信息化教学改革大讨论，各教学单位纷纷出谋献策，部分课程开展了改革的尝试。数字电子技术课程是改革试点之一。笔者作为亲身经历者，结合电路设计内容谈谈基于信息化条件的学员自主学习能力的培养。

1 基于信息化条件的自主学习能力内涵

古人云“活到老，学到老”。学习伴随人的一生，一个学习者具备的基本素质是其自主学习能力。最早引入“自主学习”的Holec将其定义为“负责自己学习的能力”[1]。通俗讲，自主学习能力是由学习者自觉确定学习目标，制订学习计划，选择学习方法，调控学习过程，评价学习结果的过程或能力[2]。自主学习需要做到“四学”，即“想学”“能学”“会学”“恒学”。

基于信息化条件的自主学习是指借助现代化技术及工具完成自主学习。信息化条件包括互联网、电子图书馆、学习软件(如Multisim，EWB，CAD)、音频视频、Flash等。信息化条件下的自主学习改变了以往的师生学习模式，学员成为学习的主体，教员主要以问题引导、知识顾问、技术支持、效果评价为主要任务，引导学员充分利用和开发信息化资源，将先进的信息技术和学习过程优化整合，开展自主性学习，提高教育的质和量，更好地适应新时代的要求。

2 信息化条件

2.1 互联网

随着信息技术的飞速发展，互联网在现代生活中越来越普及。互联网具有信息资源海量、不受时间和空间限制的特点，因此它为自主学习提供了便捷条件。利用互联网强大的搜索引擎功能，搜索学习内容、疑难问题、模拟考题等。计算机网络平台提供了一个友好的交互界面，图文并茂，静动结合，生动有趣。由于院校的特殊性，我院学员除了可以在特定地点及方便时间上互联网外，还可以查阅军网内部丰富资源。互联网改变了传统的学习方式，提高了学习兴趣，提高了学员发现问题、解决问题的能力，使学习成为一种主动、积极的过程，自主学习意识进一步加强，学员真正成为学习的主人。

2.2 电子图书馆

电子图书馆以互联网为平台，主要由实地图书馆和虚拟图书馆两部分构成。实地图书馆是与传统图书馆具有一样的馆藏图书功能，资源归本单位共享；虚拟图书馆是指本馆没有收藏但是从网络系统、数据库中可以获得信息的图书馆，例如维普、万方、CNKI等电子期刊，超星、国图、阿帕比、中国军事等数字图书以及硕博论文、外文数据库等等。学习者在相应数据库进行文献搜索、下载需要的论文、书籍完成知识的自主学习与深化，多角度、多维度的学习理论，广范围、广视角的了解应用。我院电子图书馆馆藏丰富，既有实地图书馆又有虚拟数据库，为学员学习提供了资源保障。

2.3 软件工具

软件工具是指能够辅助学习的工具软件，例如绘图工具AutoCAD，ProE，3DMAX等，仿真工具simulink，EWB，Multisim，ansys等，不同领域选择不同的软件工具。以数字电子技术中常用的Multisim和EWB为例(如图1和2所示)，它具有丰富的元器件库和仪表库，当学完电路理论之后，学员大部分直观认识不深入，对电路是否能够实现所讲述的功能持怀疑态度，仿真软件恰好解决了这个问题。利用仿真软件构建虚拟的电路，通过仪表及指示装置，直观形象地看到电路现象，加深对理论的理解。同时，在实际搭建电路时，为了避免资源浪费及烦琐的调试，可利用仿真软件先验证设计电路的正确性，之后再去实际搭建。目前学员具有电脑使用条件，只需安装软件即可使用，软件工具的出现为自学提供了又一个有力的条件。

图1 EWB界面

图2 Multisim界面

2.4 自主学习平台

自主学习平台可以是远程教育学习平台，也可以是根据不同科目搭建的学习平台。其作用是学员在教员的辅导和帮助下，自主使用网络学习平台，有针对性地选择各种学习资源，调整学习时间，控制学习过程，以达到学习目标。自主学习平台具有辅助性、开放性、自主性、重复性、交互性的特点[3]。为方便学员数字电子技术课程学习，教研室设计了数字电子技术网络课程(如图3所示)。主要包含教案、视频、教案、习题、作业、答疑、测验以及参考资料等内容。

图3 数字电子技术网络课程界面图

随着信息技术的快速发展，信息化教学条件正在日益丰富，除了上述众多软件技术外，iPad、交互式电子白板等硬件的出现使得自主学习更为便捷。

3 以组合电路设计为例，借助信息化条件培养学员自主学习能力

3.1 组织流程

组合电路设计内容丰富，方法多样。课本中讲述多以分立元件设计为例讲述，为拓展学员思路，本课程安排时笔者并未加以限定，只布置了任务，学员自行完成，具体组织流程如图4所示。

图4 组织流程

教员布置任务，学员以小组形式开展学习。各小组实行组长负责制，针对任务组织学员讨论、确定方案，针对不同的方案安排组员提前查阅互联网、电子图书馆、网络课程等资料；课上分工协作，不同学员按照不同方案设计实现；学员自学仿真软件Multisim或者EWB，并借助软件仿真验证设计的正确性；设计报告由专人撰写，汇总各种方案及方法并进行描述；由于时间限制，并非所有奇思妙想都能一一设计实现，因此附加了拓展环节，集思广益，学员只需描述出新思路新创意即可；最后为检验学习效果，加入答辩环节，从小组中任意抽取一名组员，回答其他学员和教员提出的问题。

3.1.1 设计任务

1个主评委和3个副评委共4人鉴定某项目，当主评委不赞同，但3个副评委全部赞同项目时，裁定项目通过鉴定；当主评委赞同并且3个副评委中多数赞同项目时，也裁定项目通过鉴定。试设计满足要求的逻辑电路。你还能想到哪些器件设计方法？

3.1.2 小组分配

本教学班次共计43人，4～5人为一小组。组长负责分工，一般2人设计方案，1人学习仿真软件，1人撰写设计报告，最终集思广益，拓展创新方法。

3.1.3 丰富的设计方案，多样化的仿真实现

借助分立元件实现电路设计组合电路是课本中主要讲述的方法，其他方法课本中并没有专门提及。另外，仿真软件使用方法，如何仿真电路都需要学员自行摸索。但从效果分析，学员都能够通过自学或者小组互助学习方式解决上述问题。现列举几种学员的设计方案及仿真电路。

方案一：门电路设计

图5 借助Multisim，门电路设计

方案二：74LS138设计

图6 借助Multisim，单片74LS138设计

图7 借助EWB，单片74LS138设计

图8 借助Multisim，多片74LS138设计

图9 借助Multisim，单片74LS151设计

图10 借助EWB，单片74LS151设计

由于篇幅所限，在此只能列举几种。除此之外还有应用优先编码器74LS148设计的方案，并且对于同一种器件，设计思想也五花八门。

3.1.4 答辩环节

为保障学习效果，笔者设计了答辩形式的督促机制。要求在设计完成后，小组内每位成员都要掌握本组设计的电路方案，随机抽取某位学员上台讲解，一旦答辩不顺利，将会影响本组学员的整体成绩。在这种指导思想下，每位学员都参与其中，组内互助，使得方案形成时，每位学员也都掌握了知识。本次课程笔者提问了第一组的一位学员，答辩过程中每当出现思路断档，整组学员的精神都跟着紧张起来，但经过思考他顺利完成此环节，并且将创新性的设计思路也一同与大家分享。从答辩过程可以看出，第一组学员的团结与协作，看到了传统课堂上无法发现的闪光点。

3.1.5 设计报告

第一项设计任务，第二项设计方案，第三项拓展及心得体会。前两项旨在对整个知识的梳理，第三项作用有两点，一是学员方面，总结收获及不足，创新新思路，例如第九组写到“电路设计注意布局，图纸与虚拟实验有着本质差距”，第一组写到“一个好的团队不光有一个好的带头人，还要有一群踏实肯干认真听话、积极进言的成员”。二是教员方面，便于发现学员学习中存在的问题，调查学员对教学实施的满意度，为后续教学提供宝贵经验。例如第五组写到”开关的选择开始由单刀开关接入不工作，后经小组讨论和教员指导换为单刀双掷开关完成电路仿真”。第二组写到“课程使我们认识到数电并非纯粹的理论学习，而是课堂发挥、试验动手等综合能力的培养”“增强了我们的发散性思维，是一种能力的提升”。

4 效果分析

按照传统讲授组合逻辑电路设计方法，一般学员比较容易想到教员或者课本上讲述的方法，思路禁锢到此无法跳出。时序电路设计与组合电路设计课程形成了鲜明的对比，时序电路设计任务是课后习题，教员只讲授了一种设计方法，因此学员在设计过程中多数应用了这种方法，很难扩展思路，开拓创新。而此次组合电路设计是学员没有见过的任务，教员对其没有过多的限制，因此设计方案多种多样，学员自学的潜力此刻淋漓尽致地表现出来。

在网络、仿真软件等信息化条件下，学员顺利完成了本讲内容的学习。学员不仅掌握了组合逻辑电路设计的多种方法和仿真软件的使用方法，还提升了自身的综合能力。从期末考试成绩上分析，平均分79.44，其中良好及以上24人。通过设计报告的心得体会及期末成绩分析采取自主学习模式学员多数比较赞同，收获颇丰。上述事实证明只要给予适合的条件，学员有能力并且能够出色完成自主学习，同时锻炼了学员的提出问题、分析问题、解决问题、语言表达等多种能力，强化了团队协作意识，激发了创新思维。

5 结束语

“十八大报告”指出“培养大批高素质新型军事人才，深入开展信息化条件下军事训练，增强基于信息系统的体系作战能力”。唯有培养出大批具有自主学习能力的军事人才，才能够快速掌握武器装备使用及作战技术，才能把握战机，克敌制胜。自主学习并非放任自流，它是在教员有组织、有计划地指导之下的学习。实践证明只要给予学员自主探究的时空，有利的信息化条件，学员就能够最大限度地开发自身的潜能，张扬个性，培育创新意识，激发出灵感的火花。

[1] Holec H.Autonomy and Foreign Language Learning[M]. Oxford：Pergamon， 1981.

[2] 黄河清.大学英语自主学习存在的问题与对策[J].浙江万里学院学报，2008(9)：133-135.

[3] 陈艳平.基于自主学习平台的高职生自主学习能力的培养[J].成人教育，2013(2)：63-65.

Research and Practice on Self-learning Teaching Method of Combinational Circuits Design Course

Li Aihua， Wang Jianbin， Xie Zhigang
Ordnance Engineer Collage， Shijiazhuang， 050003， China

Learning along with one's life， the basic quality of a learner is the independent learning ability， take the Combinational circuits design content as an example， using the existing informational resources （Multisim， EWB or the Internet） is tried to train students' ability of self- learning. Practice shows that students can use those informational resources to realize the self-learning effectively. Learning motivation is enthusiastic， the reaction is strong. The self-learning teaching mode not only improves the self-learning ability， and also exercises the students' team cooperation ability， language expression ability ， and exploration and innovation spirit， etc.

self-learning ability， informational resources； simulation software

2014-06-11

李爱华，硕士，讲师。王建斌，硕士，副教授。谢志刚，博士，讲师。