羅杰-數字電子技術課程建設與課堂教學設計.pdf

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1、華中科技大學電子信息與通信學院2023年11月25日-合肥2018年9月10日，全國教育大會在北京召開。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平出席會議并發表重要講話。習近平指出，要努力構建德智體美勞全面培養的教育體系，形成更高水平的人才培養體系。要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節，貫穿基礎教育、職業教育、高等教育各領域。學科體系、教學體系、教材體系、管理體系要圍繞這個目標來設計。教師要圍繞這個目標來教，學生要圍繞這個目標來學。凡是不利于實現這個目標的做法都要堅決改過來。德智體勞美工匠精神家國情懷科學精神創新意識發現問題研究問題目標決策自主學習知識構建工程規劃團

2、建活動體能訓練野外調試人機協同設計制作 加工焊接安裝調試 測試演示發現美麗作品外形演講PPT報告版式1977年恢復高考招生后，急需教材，在國家教委的領導下，由高教社組織，召開了2次會議：1977年10月，在北京清河會議上確定了高校各類教材項目及編寫學校。1977年11月，在合肥召開了 電工無線電類 教材編寫會議。會議確定編寫 2 套電子技術基礎教材。由華中工學院負責編寫，康華光擔任主編，用于電力類本科專業 由清華大學負責編寫，童詩白擔任主編，用于自動化專業本科2009年1月，高教社1979年3月，康華光 主編教材，由人民教育出版社正式出版2003年10月，CETV-1，包杰 采訪 康華光197

3、9年1月教材1980電子技術基礎(第二版)(模擬、數字部分)2021電子技術基礎(第七版)康華光 張林主編2014電子技術基礎(第六版)康華光主編張林副主編2006電子技術基礎(第五版)康華光主編1988電子技術基礎(第三版)(模擬、數字部分)2000電子技術基礎(第四版)康華光主編四十余載，守正創新，秉承開放、共享理念，建設系列優質教材1988年獲全國普通高等學校優秀教材獎1992年獲全國優秀教材特等獎1996年獲國家科技進步二等獎2002年獲全國優秀教材一等獎九五、十五、十二五國家級規劃教材2012.1.15康華光教材編寫團隊部分成員左起：羅杰、彭容修、陳大欽、康華光、王巖、楊華、秦臻、張

4、林編寫教材第7版團隊部分成員后排：鄧天平、秦臻、羅杰、張林、前排：彭容修、陳大欽、王巖、楊華20182018年啟動，2021年正式出版，歷時3年有余電子技術基礎(第七版)修訂原則保持內容的科學性、先進性，以適應電子技術的發展。堅守基礎性特征，精選內容，科學合理地控制內容的深度和廣度，以適應我國高校的教學要求，力爭好教好學。密切與工程實際應用的聯系。適當引入新形態教材形式，以便更好地輔助讀者學習。第七版 數電內容的主要變化 進一步弱化芯片型號及內部電路的介紹?？s減了TTL邏輯門內容，刪除了ECL，增加差分信號傳輸內容。注重觸發器原理和功能的介紹，刪除了傳輸延遲觸發器。刪除已淘汰產品GAL的內容，

5、調整了CPLD和FPGA的順序。補充了Flash存儲器的相關內容。增加 R-string DAC，半閃速型、流水線型ADC。更新 Verilog 語法規則，仿真軟件改用ModelSim，增加了測試激勵塊的編寫內容。第七版 數電內容的主要變化 教材融合了一些信息技術，使教與學形式多樣，學習更便捷。增加了掃碼看思維導圖 掃碼看部分答案 知識拓展 重難點微視頻講解 仿真步驟及結果 軟件使用的流程文檔或微視頻第七版 數電內容的主要變化 教材融合了一些信息技術，使教與學形式多樣，學習更便捷。直接置1過程簡化電路直接置0過程簡化電路第七版 數電內容的主要變化 教材融合了一些信息技術，使教與學形式多樣，學習

6、更便捷。Verilog程序測試向量仿真結果第七版 數電內容的主要變化 教材融合了一些信息技術，使教與學形式多樣，學習更便捷。仿真流程文檔軟件仿真微視頻“十一五”國家級規劃教材“十一五”國家級規劃教材2017200820001994課程2021模擬電子技術基礎張林、鄧天平首批國家級“線上線下混合式一流課程”2003電子技術基礎彭容修主持首批“國家精品課程”2016電子技術基礎 張林首批“國家級精品資源共享課”2017模擬電子技術基礎 張林首批“國家級精品在線開放課程”2018數字電子技術基礎羅杰等國家級精品在線開放課程2020模擬電子技術基礎張林 等國家級線上一流課程數字電子技術基礎羅杰等國家級

7、線上一流課程http:/www.icourse163.org/learn/HUST-1001909001http:/www.icourse163.org/learn/HUST-1001909001次數學習人數時 間114 5332017春季28 2062017秋季315 2402018春季418 3082018秋季526 4252019春季627 1222019秋季744 4362020春季810 3452020秋季916 5572021春季1016 6502021秋季次數學習人數時 間11196552022春季12147992022秋季13130312023春季1473192023秋季累計2

8、52,626數據統計截止到2023.11.24章名稱視頻個數視頻時長（分鐘）1數字邏輯概論11140.82邏輯代數18198.73組合邏輯電路18228.64鎖存器15208.65時序邏輯電路12137.36Verilog HDL18282.57邏輯門電路11115.38半導體存儲器992.89可編程邏輯器件871.410脈沖波形變換與產生1298.811數模與模數轉換器9117.4 總共 141個 視頻，時長為26小時19分 其他資源：單元測驗題230 個課堂討論題40 個期末考試題49個（題庫有190題）考試時間180分鐘 主要思路是：先邏輯，后電路，先易后難習題解析視頻及文檔14 個Mu

9、ltisim 仿真視頻14 個Modelsim 仿真視頻2 個FPGA 開發視頻13 個PlanetsPlanets發表于發表于20172017-6 6-2929：標題：標題“華科大這個課程我給滿分華科大這個課程我給滿分”，最近數電快考試了我才剛開始學最近數電快考試了我才剛開始學，我用的是清華大學出的課本我用的是清華大學出的課本，作為新手的我作為新手的我自學自學第三章門電路之后的章節還是很頭疼第三章門電路之后的章節還是很頭疼，于是乎在各大網站搜視頻看于是乎在各大網站搜視頻看，沒有系統講的沒有系統講的。后來在學堂在線后來在學堂在線appapp看了看了A A大學大學的課程的課程，聽那些老師們講的云

10、里霧里聽那些老師們講的云里霧里，對原理性的東西對原理性的東西講的不透徹講的不透徹，強行灌輸知識點很難接受強行灌輸知識點很難接受（也可能是我太過愚笨也可能是我太過愚笨）。再之后在再之后在moocmooc，先先后看了后看了B B大學大學和和C C大學大學的課程的課程，個人覺得個人覺得B B大學大學老師講的太過簡略老師講的太過簡略，而而C C大學大學老師講的雖老師講的雖然感覺比較細致然感覺比較細致，還是有很多東西不知道怎么來的還是有很多東西不知道怎么來的。最后說到這個課程最后說到這個課程，老師每講一老師每講一個知識點個知識點，先把基本概念介紹一下先把基本概念介紹一下，接著一步步的推演接著一步步的推演

11、，再給出結論再給出結論，讓人很容易理讓人很容易理解與記憶解與記憶，還有例題的講解還有例題的講解，錯誤的指出錯誤的指出，更讓我有了深入的理解更讓我有了深入的理解，大部分課后題都大部分課后題都會做了會做了，不再是看了答案也不知道怎么回事的狀態不再是看了答案也不知道怎么回事的狀態。.電子技術基礎在線試題庫及組卷系統模擬電子技術基礎在線試題庫（2811道題）道題）https:/ Tianping，Zhang lin，etc Analysis of Learning Behavior Based on MOOC Data，2021，TALE【9】Deng Tianping，Zhang lin，etc T

12、he Analysis of Student Experimental Behavior Based on Multi-source Information Fusion，2022，TALE.【10】程文青、鄧天平 等電子信息類專業開展課程思政的探索，電氣電子教學學報，2023.2建設國家一流課程的經驗課程體系教學內容教學方法教材建設課程教學平臺教學資源課程教學團隊課程教學成果課程教學目標成效評價，持續改進康華光，張林 主編.電子技術基礎（數字部分），第7版章內 容1課程簡介+數字邏輯概論2邏輯代數與 Verilog HDL3邏輯門電路4組合邏輯電路5鎖存器與觸發器6時序邏輯電路7半導體存儲器

13、8可編程邏輯器件9脈沖波形變換與產生10數模與模數轉換器*11數字系統設計基礎 對于教師，課程的難點是什么呢？內容太多，課時太少，講不完實驗學時不夠學生上課發言不積極學生自學能力不強康華光，張林 主編.電子技術基礎（數字部分），第7版章內 容1課程簡介+數字邏輯概論2邏輯代數與 Verilog HDL3邏輯門電路4組合邏輯電路5鎖存器與觸發器6時序邏輯電路7半導體存儲器8可編程邏輯器件9脈沖波形變換與產生10數模與模數轉換器 對于初學者，課程的難點有哪些呢？一定要按照書上的章節順序來 教/學 嗎？打破順序閱讀習慣，按照從易到難的順序來調整教學內容 提供豐富的、便于自學的教學資源MOOC 實現了

14、這一想法順序內容學時56/481課程簡介+數字邏輯概論42邏輯代數與 Verilog 基礎43組合邏輯電路+組合HDL14/114鎖存器和觸發器4/35時序邏輯電路+時序 HDL12/96邏輯門電路47半導體存儲器48可編程邏輯器件（集中講）39脈沖波形的變換與產生3/210數模與模數轉換器438/31學時18/17學時 模擬、數字在同一學期開課，建議按照 MOOC 上的順序，調整一下教學內容的順序：先邏輯 后電路 采用多種教學方法，提高效率3 種不同的課堂教學設計與實施課堂教學設計與實施(示例)線 上 線 下 混 合 式 教 學 實 施 過 程 講 授 法 為 主1.1 數字信號與數字電路1

15、.2 數制1.3 二進制數算術運算（看MOOC，自學）1.4 二進制代碼1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運算1.6 集成邏輯門簡介（增加）1.7 邏輯函數及其表示方法1 數字邏輯概論(3.5 學時）0 課程簡介(0.5 學時）(1.5 學時）(1 學時）(1 學時）1.6 集成邏輯門簡介什么是集成電路？如何分類？常見的集成邏輯門集成邏輯門的性能參數？（1 1）電源電壓）電源電壓（2）輸出直流技術參數（3）輸入直流技術參數（4）噪聲容限（5）開關特性（傳輸延遲和過渡時間）1.6 集成邏輯門簡介什么是集成電路？如何分類？常見的集成邏輯門集成邏輯門的性能參數？（1 1）電源電壓）電源電壓（2）輸出直流

16、技術參數（3）輸入直流技術參數（4）噪聲容限（5）開關特性（傳輸延遲和過渡時間）寬進嚴出嚴于律己，寬以待人看MOOC視頻思考問題做作業1.數字電路中，為何采用二進制計數體制？2.十六進制數主要用于何種場合?3.二進制如何進行四則運算？4.在二進制數中，如何表示負數？5.原碼、反碼和補碼是如何表示的？6.原碼、反碼和補碼之間的關系是什么？第7版（p38）1.2.2,1.2.6,1.2.8,1.3.2，1.3.41.4.2,1.4.51.5.3,1.6.3 課后任務 及 課前檢查微助教后測（下一次課）布置看MOOC的視頻學生信息測試分微助教 信息化工具輔助教學學生畫的思維導圖課程組統一規定：1、在

17、線作業、在線期末測試題，記入平時成績平時成績：30%MOOC單元測試題+期末考試題：占 15%書面作業、簽到、課堂測試：占 15%2、用于課前預習、課后復習、混合式教學（部分老師使用）課堂上講授一些重要的知識點，增加互動交流環節。留下一部分內容，讓學生看 MOOC 自學。課堂教學設計與實施(示例)5.1 基本雙穩態電路5.2 SR 鎖存器5.3 D 鎖存器5.4 觸發器的電路結構和工作原理5.5 觸發器的邏輯功能5.6 用Verilog HDL描述鎖存器和觸發器5 鎖存器和觸發器(4 學時）(2 學時）(1 學時）(1 學時）C M O S 傳 輸 門 主 從D D觸 發 器（自 學 M O

18、O C）思政：思政：觸發器功能與觸發器功能與初始狀態有關，初始狀態有關，不忘初心、牢記使命。不忘初心、牢記使命?；?顧組合邏輯電路的特點組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的設計常用組合邏輯電路模塊編碼器譯碼器/數據分配器數據選擇器數值比較器加法器組合邏輯電路的競爭冒險已知邏輯電路邏輯表達式列出真值表確定邏輯功能邏輯抽象列出真值表邏輯表達式畫出邏輯電路化簡和變換 5 鎖存器和觸發器引出新問題：一個 按鈕 控制一盞燈的 亮、滅。要求：按一次，燈亮；再按一次，燈滅；如此循環，如何設計？+VCC待設計電路FAK遇到的問題？輸出與 狀態(state)相關 輸入為一個 事件(event)，而不是一個固定值(0

19、 或 1)Combinational circuitMemory elementsOutputsInputsfeedback重點：建立 鎖存器 和 觸發器 的概念基本 SR Latch 門控 SR Latch 門控 D Latch問題：這個電路能夠滿足要求嗎？D Latch tpd(D-Q)=38ns(HCT373)，非門tpd=19ns（74HC04），如果按鈕接通的時間比 57ns 長，則 燈的狀態會改變多次。顯然該電路有問題。主從 D 觸發器 維持阻塞 D 觸發器 有異步輸入端的 D 觸發器 有使能端的 D 觸發器觸發器的邏輯功能及描述方法：D 觸發器 JK 觸發器D 觸發器 T 觸發器

20、（T 觸發器）觸發器的性能指標 1D C1 Q Q CP D F+VCCK01 1D C1 Q Q E D F+VCCK10課堂教學設計與實施(示例)6.5.1 寄存器和移位寄存器講：4位并行數據寄存器，（5分鐘）串行輸入的4位右移寄存器（15分鐘）小組：串行輸入的4位左移寄存器設計小組：兩功能 移位寄存器設計（2選1選擇器）小組：4 功能 移位寄存器設計（4選1選擇器）（左、右、保持、置數）總結性講解：74HC194的功能及應用作業：兩片74HC194 8位移位寄存器(70 分鐘）(15 分鐘）(20 分鐘）(10 分鐘）(35 分鐘）1D Q0 CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q

21、3 Q2 Q1 Q0 DSL FF3 FF0 FF1 FF2 1D Q0 DSRCP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q2 Q1 Q0 FF3 FF0 FF1 FF2（練習）移位寄存器雙向移位寄存器左移、右移 1D Q0 DSR CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q2 Q1 Q0 FF3 FF0 FF1 FF2 S Y 1 0 Y 1 0 Y 1 0 DSL Y 1 0（練習）兩功能 寄存器并行置數、保持不變（練習）1D Q0 CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q2 Q1 Q0 FF3 FF0 FF1 FF2 S d3 Y 1 0 Y 1 0 Y 1 0

22、Y 1 0 d2 d1 d0 移位寄存器并行輸出并行輸出并行輸入并行輸入 FF0 S1 DSR S0 DI0 DI1 DI2 DI3 DSL CP 1D C1 FF1 R D1 FF2 D2 FF3 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 MUX1 00 01 10 11 1D C1 R D0 MUX0 00 01 10 11 MUX2 00 01 10 11 1D C1 R 1D C1 R MUX3 00 01 10 11（練習,手畫右移、左移）S S1 1S S0 00 00 0：保持：保持0 10 1：右移：右移1 01 0：左移：左移1 11 1：置數：置數21 9 12 15 2 051

23、01520250-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成績分析（測控1701-02,59人）2019年秋季（最高95，最低3）大類招生，2年級分班時，機械學院17級學生中沒有資格選擇其他作業的同學都分到了測控班2021年秋季（最高95，最低44.5）2 3 7 8 9 0123456789100-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成績分析（測控1901,29人）2020年春季2021年春季（最高92，最低54.5）2 1 6 15 4 02468101214160-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成

24、績分析（集桌1901,28人）0 1 5 16 7 0246810121416180-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成績分析（集卓1801，29人）2020年春疫情，線上MOOC教學+線上輔導,9月份開學，線下閉卷考試，最高95，最低680 1 4 10 14 02468101214160-5960-6970-7980-8990-100人數人數分數段分數段結束性考試成績分析（光電本碩博2001，29人）2022年春季（最高98.5，最低69.5）1 2 8 5 11 0246810120-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成績分析（生醫卓越2001，27人）2022年春季（最高97.5，最低57.5）2023年春季（最高96，最低70）0 0 6 21 6 05101520250-5960-6970-7980-8990-100人數分數段結束性考試成績分析（光電本碩博2101班，33人）生醫卓越 2001班合影-20220515為教學提供可視化、有效的過程化評價與反饋手段為混合式教學提供隨手可得的教學資源。教育過程要以到為主，逐漸放手，把“達到不需要教”作為追求目標教學有法，教無定法，貴在得法偉大教育家 葉圣陶2023年11月康華光版電子技術交流群（QQ 群號：704194996）