數字電路教學中如何培養學生的創新能力

達正花

【摘 要】創新能力是大學生走向社會的核心競爭力之一，如何培養大學生的創新能力是當前高校探索的重點。本文通過具體實例闡述如何在數字電路教學過程中培養學生的高效學習能力、創新思維能力和創新方法。使學生在潛移默化過程中提升創新思維能力，掌握創新方法技能，增強學生的綜合實力。

【關鍵詞】數字電路；教學；培養；創新能力

How to Cultivate Students Creative Ability in the Teaching of Digital Circuits

DA Zheng-hua

（Department of Electronics and Information Engineering， Lanzhou Vocational Technical College， Lanzhou Gansu 730070， China）

【Abstract】Innovative ability is one of the core competitiveness of college students to the community， how to cultivate the innovation ability of college students is the focus of the current university exploration. This article illustrates how to cultivate students learning ability， innovative thinking ability and innovative methods in digital circuit teaching process through the concrete examples. Enable students to enhance the ability of innovative thinking in the process of subtle， master innovative methods and skills. Enhance the comprehensive strength of the students.

【Key words】Digital circuit； Teaching； Training； Innovative ability

1 培養學生創新能力的重要性

創新是一個民族的靈魂，也是人類發展的不竭動力。黨的十八屆五中全會提出：必須把創新擺在國家發展全局的核心位置[1]。習近平在全國科技創新大會上講[2]：“科技是國之利器，國家賴之以強，企業賴之以贏，人民生活賴之以好。中國要強，中國人民生活要好，必須有強大科技”?？萍家獜?，就必須要不斷創新，而創新的關鍵是要有具備創新能力的人才，創新人才培養的關鍵在大學校園。目前，學界有關創新的理論研究程度相對較高，但對實踐中的可操作性的、普適性問題的研究相對薄弱，也未能兼顧到理論研究和實踐研究的同步性，從而削弱了對大學生創新能力培養的實際指導[3]。特別是探討大學教育具體活動方式對學生創新能力發展有哪些具體影響的研究較少。因此，如何通過課程教學培養學生的創新能力是擺在高校每一位教師面前的重要任務與研究課題。

2 創新能力所具備的要素

創新能力是個體運用一切已知信息，包括已有的知識和經驗等，產生某種獨特、新穎、有社會或個人價值的產品的能力[4]。由此可見，創新需要三個基本條件：知識、思想和方法。因此，教師在教學中要將傳授知識、提升知識應用能力，培養創新思維和創新方法三者并重，構成一個完整的教學過程。培養創新思維主要指培養學生的發散思維、收斂思維、聯想思維、和逆向思維等；培養創新方法主要指讓學生掌握奧斯本檢核表法、列舉分解法、組合創新法、聯想類比法和信息發明法等。

3 數字電路教學中培養學生創新能力的方法

3.1 數字電路教學中高效學習能力的培養

據美國學者詹姆斯·馬丁的測算，近十年，人類知識總量已達到每3年翻一番，到2020年甚至要達到每73天翻一番的空前速度。數字電子技術的更新速度尤為迅速。因此，教育的任務已不只是教會學生已有的課本知識，而是要教會學生如何高效學習和迅速捕捉有用信息的能力。

3.1.1 迅速找出關鍵知識點、強化理解

各個專業知識所涵蓋的知識領域非常廣泛，一個知識領域代表了一個專業方向和技能。在教學中，首先讓學生了解自己所學課程所屬知識領域、知識單元和其涵蓋的核心知識點。數字電路屬于電路與電子學知識領域的一個核心知識單元，它的基本知識點有：數字邏輯基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路、A/D轉換器和D/A轉換器、脈沖的產生和整形、常用集成電路的應用等。在教學實施中按照內容體系→知識點之間的關系→重難點問題講解→一般性問題自學這一方案，科學設計教學內容和教學過程。在平時的教學中，有意訓練學生迅速捕捉關鍵知識點的能力，讓學生在規定時間內學習規定的教學內容，然后用自己的話來闡明主題。找出關鍵知識點，經過思考，列舉生活中的實例來闡述知識點的含義，達到真正理解并內化知識。

3.1.2 應用思維導圖方法歸納總結知識及知識拓展

每學完一章內容，就引導學生以思維導圖的方式進行知識的歸納與總結，將知識點串連起來，構成一個完整的知識體系，形成知識鏈條，便于記憶與理解。整本書學完后再進行總的總結，并分別舉例闡述每一部分所包含的具體內容和各部分內容之間的聯系。圖1為整本書內容一級簡略總結，還可以繼續往下進行詳細總結，便于分析比較各個部分的內容。

圖1

通過知識的歸類與總結，讓學生掌握整體的知識體系，而不是零散的知識點，同時也灌輸了掌握知識結構思維圖和歸納總結方法給學生，讓學生在以后的學習中高效學習。

3.1.3 以項目為驅動培養學生靈活應用知識的能力

通過知識點的強化理解，整本書章節的歸納總結，使學生掌握整個數字電路體系結構。接下來引導學生進行具體的應用。以搶答器、數字鐘、簡易頻率計、數字密碼鎖等項目的設計為例。伴隨著課程的進程，由簡單到復雜，由組合電路到時序電路，由小規模到中規模再到大規模逐步展開，形成一個由淺入深、具有梯度和內在聯系的各個子項目，最后將其綜合形成一個完整系統。同時，在設計過程中提出一系列問題，比如，用那種電路成本更低？性能更穩定？實現起來更方便等，讓學生通過思考如何完成任務的同時降低電路成本，提高性價比。使學生在應用知識的同時考慮經濟成本，為以后的就業創業做準備。

3.2 數字電路教學中貫穿創新思維的培養

從邏輯函數變形我們可以看出有四種不同方法可以實現同一個邏輯功能，這種教學方法其實就是培養學生的發散思維能力。發散思維是指大腦在思維時呈現的一種擴散狀態的思維模式，它表現為思維視野廣闊，思維呈現出多維發散狀。如“一題多解”、“一物多用”等方式。不少心理學家認為，發散思維是創造性思維的最主要的特點，是測定創造力的主要標志之一。然后引導學生分析每一種電路的利弊，選出最優電路，這個過程是培養學生收斂思維能力。收斂思維的特點是使思維始終集中于同一方向，使思維條理化、簡明化、邏輯化、規律化。收斂思維也是創新能力必不可少的思維方式之一。

例2：設計一位二進制全加器。所謂全加器是實現兩個1位二進制相加并考慮低位進位的邏輯電路。設計步驟：（1）分析輸入、輸出，確定輸入輸出端；（2）列全加器真值表；（3）由真值表寫出輸出函數的最小項表達式；（4）根據具體要求對最小項表達式進行化簡；（5）根據化簡結果，畫出全加器邏輯圖。

從設計步驟可以看出，整個過程都將逆向思維的方法融會在教學過程中，逆向思維也叫求異思維，它是對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點反過來思考的一種思維方式。而根據給定要求化簡邏輯函數的過程是培養學生的強制聯想思維。強制聯想是強制將某種誘因導致不同表象之間發生聯系的一種沒有固定思維方向的自由思維活動。在人們的創造活動中起重要作用。

3.3 數字電路教學中融會創新方法的培養

創新方法也是創新能力的核心構成要素，掌握了創新方法，可以少走彎路，節省時間成本。在數字電路教學過程中，創新方法的培養也始終貫穿在教學模式中，讓學生在掌握知識的過程中潛移默化掌握了方法。例如，掌握了設計1位二進制全加器，怎么設計4位二進制全加器；會分析74LS290十進制計數器邏輯圖，能不能用它來構成六十進制計數器等這些方法，目的就在培養學生的奧斯本檢核表法中擴一擴的方法，也就是將現有產品的功能能不能擴大一些使用范圍。而555集成定時器和基本元器件組合都能實現什么功能？將兩塊555集成定時器，一個基本RS觸發器和若干電阻電容組合就可以實現多諧振蕩器；用一塊555集成定時器和電容組合可以構成施密特觸發；用一塊555集成定時器和兩個電容再加一個電阻組合可構成單穩態觸發器等。這種教學模式旨在培養學生的組合創新法和聯想類比法。并將這些方法告訴學生，使其在今后的學習工作中加以應用。

4 結束語

將創新能力教育融入高校人才培養體系，并非指在培養方案中插入創新創業相關課程，而是要在做好現有專業學科教育的前提下，進一步將創新能力教育的理念融入到人才培養的各個環節和專業課程體系中，在教學過程中啟發學生的創新意識，訓練學生的創新思維，傳授創新方法，使創新能力培養落到實處。

【參考文獻】

[1]辛聞.十八屆五中全會：必須把創新擺在國家發展全局核心位置[OL].http：//www.china.com.cn/news/txt/2015-10/29/content_36928819.htm，2015-10-29.

[2]習近平.科技是國之利器[OL].http：//news.hexun.com/2016-05-31/184143037.html，2015-5-31.

[3]陳茉.大學生創新能力培養問題的國內外研究綜述[J].黑龍江高教研究，2015（1）：82-84.

[4]張曉芒.創新思維方法概論[M].北京：中央編譯出版社，2008：65-69.

[5]朱定華.數字電路與邏輯設計[M].北京：清華大學出版社，2011：159-160.