隨著(zhù)嵌入式EDA電子技術(shù)的飛速發(fā)展和應用領(lǐng)域的延伸擴張，僅僅在30多年前尚未曾有過(guò)的大量學(xué)科紛紛出現在高等教育的課程設置中。如DSP技術(shù)、SoC設計、EDA技術(shù)、計算機結構與設計、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數字通信、嵌入式系統等。這其中許多被列為當今的核心科技學(xué)科和自主型科學(xué)技術(shù)的重心，引領(lǐng)著(zhù)未來(lái)電子技術(shù)和科技的發(fā)展方向。在這高速的電子技術(shù)歷史變革中，我們目睹了曾經(jīng)的TTL器件5V工作電壓邁向了低于1V的芯核電壓；曾經(jīng)的數MHz的CPU主頻跨入了10GHz的門(mén)檻；一度靠手工設計技術(shù)將僅含數個(gè)邏輯門(mén)的74系列器件組合成“板上系統”的時(shí)代脫胎為基于EDA技術(shù)實(shí)現的含上千萬(wàn)門(mén)的“片上系統”時(shí)代。所有這一切，把作為這一領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)基礎課——“數字電子技術(shù)”的地位和重要性推到了前所未有的高度，同時(shí)也對這一課程的教學(xué)內容提出了尖銳的挑戰！

然而遺憾的是，目前國內高校的數字電子技術(shù)基礎課的絕大部分教材內容和教學(xué)模式仍然停留在20世紀70年代末。這一現狀嚴重影響了應有的教學(xué)質(zhì)量和就業(yè)競爭力。

一、目前課程教學(xué)內容、教學(xué)模式和教學(xué)目標，存在的基本問(wèn)題

（1）過(guò)于偏重“理論”教學(xué)而忽視實(shí)踐能力的培養

暫且不提其“理論基礎”是否適用于后續課程的學(xué)習，僅其學(xué)習模式和學(xué)時(shí)安排就有悖于此課程的基本性質(zhì)——技術(shù)基礎。調查表明大多數學(xué)校對此課程的學(xué)時(shí)安排是64學(xué)時(shí)授課、16學(xué)時(shí)實(shí)驗，而且以驗證性實(shí)驗為主；顯然，實(shí)踐要求被嚴重弱化。而且將此課程基本退化為依賴(lài)題海戰術(shù)的普通基礎課，諸如搞試題庫、習題集、標準答案、聯(lián)校統考等。殊不知這一切恰恰埋沒(méi)了這門(mén)作為當今電子科技領(lǐng)域最富變化，最具活力，最貼近實(shí)踐，最需創(chuàng )新能力的學(xué)科的鮮明特質(zhì)，偏離了此課程真正的教學(xué)目標和教學(xué)要求，特別是抹殺了此課程作為創(chuàng )新意識啟蒙這一重要目標的實(shí)現。其結果是造就了大批只擅長(cháng)紙面答題而畏懼動(dòng)手實(shí)踐的學(xué)習者，嚴重影響了后續課程的學(xué)習和求實(shí)創(chuàng )新精神的培養。事實(shí)上，作為一門(mén)面向技術(shù)的主干必修課，它既是許多重要后續課程的基礎課，同時(shí)又理應成為培養尊重實(shí)踐、勇于探索、積極創(chuàng )新等優(yōu)良素質(zhì)的啟蒙學(xué)科�，F代電子與計算機領(lǐng)域中擁有重大經(jīng)濟價(jià)值的自主創(chuàng )新項目多產(chǎn)生于數字電子技術(shù)領(lǐng)域。顯然，數字電子技術(shù)的教學(xué)應該是呵護和激發(fā)創(chuàng )新精神的源頭，這個(gè)領(lǐng)域不需要什么習題集，也永遠沒(méi)有標準答案，它提倡個(gè)性、鼓勵想象、適應變革、崇尚實(shí)踐！

（2）陳舊的教學(xué)內容

那些無(wú)法與現代數字技術(shù)接軌的陳舊教學(xué)內容，主要包括對傳統組合電路和時(shí)序電路的分析與設計的純手工技術(shù)，及數十年不變地圍繞這一課程的核心教學(xué)內容（就如同一包內容不變而生產(chǎn)日期不斷被更新的過(guò)時(shí)食品）。所有這些似乎與教材的不斷再版和更新無(wú)關(guān)，教材從不直白這些內容實(shí)為僅適合于低速小規模數字電路設計的“手工數字技術(shù)”，也沒(méi)有任何文字坦陳將要傳授給學(xué)生的不過(guò)是誕生于上世紀60年代、成熟于70年代、完全淘汰于80年代初的陳舊的內容。美國Stanford大學(xué)的J.F.Wakerly在其《數字設計原理與實(shí)踐》一書(shū)中說(shuō)：“如何幫助學(xué)生去適應不可避免地要面臨的變化，這才是最困難的。因為在這個(gè)領(lǐng)域的一般教科書(shū)都因摩爾定律而縮短了它的適用期”。

這無(wú)疑會(huì )在讀者中產(chǎn)生許多誤導，例如會(huì )誤將過(guò)時(shí)的手工技術(shù)、分析方法和設計流程當成現代數字技術(shù)基礎知識去應用；或將邏輯化簡(jiǎn)誤當做系統優(yōu)化的目標去追求；或將邏輯功能手工分析方法誤認為就是現代數字系統的時(shí)序分析；甚至會(huì )將這些教材中僅適合于低速小規模條件下的數字知識當成一般數字技術(shù)誤用到高速大規模邏輯設計中。

至于將IEEE/ANSI曾于1984年制定的，并很快在國際上淘汰的邏輯圖形符號標準，一直在我國教科書(shū)中作為“國家標準”沿用至今，則是另一明證。其實(shí)這種早已過(guò)時(shí)的所謂國標符號，早于上世紀80年代后期的數字技術(shù)業(yè)界就升級至ANSI/IEEE—1991標準（Distinctive shape Symbols）。其結果是，迫使已完成現在的數字電路課程學(xué)習的學(xué)生，不得不重新學(xué)習和熟悉ANSI/IEEE—1991標準的邏輯符號，才能面對實(shí)用的電子工程技術(shù)。

（3）脫離工程實(shí)際

教材中充斥著(zhù)偏離工程實(shí)際的偽命題和偽技術(shù)。例如，當今的TTL 74LS系列器件原本可毫無(wú)問(wèn)題地與CMOS器件相互接口，甚至3.3V I/O電平的器件也能可靠地接口TTL和CMOS器件，然而教材中無(wú)不推薦使用諸如要加上拉電阻、三極管電路或是插入專(zhuān)用驅動(dòng)器件(如40109)等多種所謂“接口技術(shù)”，來(lái)解決這些無(wú)中生有脫離實(shí)際的“電平不匹配”命題；或者介紹要用3個(gè)CMOS驅動(dòng)十個(gè)TTL器件之類(lèi)的夸張“技術(shù)”；再如對于毛刺脈沖的解決方案，工程上原本應該選擇時(shí)序電路，然而書(shū)中卻羅列了許多脫離實(shí)際甚至錯誤的方法，如改變邏輯結構的“冗余技術(shù)”、端口接電容的濾波技術(shù)等；更有甚者，單純地介紹只要獲得對應的反饋邏輯函數，就能通過(guò)控制通用邏輯器件的清零或置數端，構建成指定進(jìn)制的計數器。卻從不提及或討論，以此類(lèi)方法設計的邏輯系統在外部溫度或電磁環(huán)境等因素發(fā)生變化時(shí)，控制邏輯信號是否會(huì )出現毛刺脈沖，從而提前啟動(dòng)清零或置數。例如，74LS161理論上的十二進(jìn)制計數設計很可能由于外部因素而變成八進(jìn)制計數器！

（4）知識體系的結構性缺陷

傳統教材知識體系的結構性缺陷主要表現在以下3個(gè)方面：

① 知識體系不具備以此及彼的可推廣性和一般性。例如無(wú)法將邏輯電路的分析方法應用到實(shí)際工程上，因為現在只做時(shí)序仿真；又如給出的設計時(shí)序電路的經(jīng)典5步驟其實(shí)只適用于簡(jiǎn)單電路（如模7計數器等）設計，根本無(wú)法推廣到更實(shí)用的諸如模70、模700乃至模7000等多變量的同類(lèi)計數器的設計，從而約束了學(xué)生的創(chuàng )造力。

② 僅羅列枝節性知識，沒(méi)有將這些知識上升為一般性理論和實(shí)踐依據。例如，羅列了各種時(shí)序電路應用模塊（如各類(lèi)計數器），給出了諸如狀態(tài)變量、狀態(tài)圖、狀態(tài)表等重要概念，卻始終沒(méi)有邁上“一切同步時(shí)序電路都是狀態(tài)機的特殊形式”的關(guān)鍵臺階。所導致的后果是，多數學(xué)習者除了僅能完成基于筆頭的“書(shū)面實(shí)踐”外，無(wú)法再向前多跨一步。

其實(shí)這種教學(xué)安排違背了人的基本認識規律。人類(lèi)對自然的認識規律就是從特殊到一般，再從一般回到特殊的過(guò)程；而人對自然的能動(dòng)作用則體現在后一階段。如果教學(xué)中只羅列各類(lèi)計數器的類(lèi)型和設計，卻不將學(xué)習的認識推向更高更一般的層次，即狀態(tài)機的設計與應用（國外許多知名同類(lèi)教材都介紹狀態(tài)機的設計），無(wú)疑是舍本求末之舉。

③ 缺乏前后呼應的一致性。盡管教材都安排了存儲器、模數、數模等實(shí)用器件的介紹，但都僅僅限于對它們的結構和原理的介紹，卻不介紹它們的實(shí)用方法，更沒(méi)有相關(guān)的實(shí)驗安排，完全違背了技術(shù)基礎類(lèi)教材的基本要求。一般而言，對于后文安排的實(shí)例性項目（如ADC0809），理應利用前文給出的有關(guān)邏輯電路的分析與設計知識，給讀者展示使用這些器件的技術(shù)，乃至綜合應用方法，這本是冠以“技術(shù)基礎”教材的分內責任。然而遺憾的是，A/D、D/A、ROM、RAM這些在數字技術(shù)中極其重要的內容卻僅停留在結構原理的介紹上，與主干內容亦呈游離狀態(tài)，使得本來(lái)以推介“技術(shù)”為目標的教科書(shū)淪為器件說(shuō)明書(shū)。其原因只有一個(gè)，即疏漏了狀態(tài)機設計和應用等核心知識的介紹！其實(shí)，一些即使加入了EDA知識和硬件描述語(yǔ)言（HDL）的同類(lèi)教材也存在相同問(wèn)題。

（5）技術(shù)理念落后

所傳遞的落后技術(shù)理念主要包括無(wú)法適應現代數字技術(shù)的低速小規模電路理念。例如，甚至在最新版的權威教材中仍有這樣的文字：“在數字系統中，常常需要用到一些脈沖信號的產(chǎn)生和變換電路”，“單穩態(tài)電路也是數字系統中常用的一種脈沖整形電路”。事實(shí)上，即使現代最小規模的數字系統設計中也不會(huì )包含任何脈沖信號變換或諸如單穩態(tài)類(lèi)涉及阻容元件的電路，這是因為現代數字系統的普通工作頻率都高達數十至數百MHz，而涉及阻容元件模擬電路的脈沖變換或單穩態(tài)電路的頻率通常無(wú)法超過(guò)百kHz。一個(gè)如此低頻率的電路怎么可能出現在數字系統中呢？顯然是低速理念在做怪。殊不知現代數字系統與模擬電路已是兩個(gè)分離的世界，它們被獨立研究，單獨設計，它們之間的聯(lián)系只能是A/D和D/A。無(wú)疑，數字技術(shù)教學(xué)中，落后的技術(shù)理念引起的概念和技術(shù)誤導是明顯的。

（6）教學(xué)目標定位過(guò)低

在長(cháng)期延續下來(lái)的低速小規模理念的引導下，數字電路教學(xué)低下的教學(xué)目標定位是必然的。大多數教學(xué)情況除了滿(mǎn)足于純筆頭的書(shū)面考核外，其動(dòng)手能力的訓練基本仍停留在幾十年一貫制的基于74系列器件的譯碼器、計數器、搶答器和交通燈控制之類(lèi)低層次簡(jiǎn)單設計上。這勢必使學(xué)生以極低的起點(diǎn)和過(guò)窄的視野去面對大量重要的后續課程的學(xué)習。

相比于此領(lǐng)域的教學(xué)改革先行者的成就，其間的差距是巨大的。例如國內已有不少院校（包括我校部分專(zhuān)業(yè)）將數字電路放在第一或第二學(xué)期，實(shí)踐訓練的內容包括超過(guò)數萬(wàn)至數十萬(wàn)邏輯門(mén)規模的數字系統自主設計訓練，不少受益的學(xué)生在各類(lèi)電子設計競賽中獲得了好成績(jì)；又如美國Stanford大學(xué)將數字電路課Digital System(1)也放在本科第2學(xué)期；清華大學(xué)電子系本科生從一入學(xué)就人手獲得一塊Altera FPGA實(shí)驗開(kāi)發(fā)板，該校計算機專(zhuān)業(yè)本科二年級學(xué)生就能自主設計出各種極具創(chuàng )新特色的數字系統，如VGA圖形顯示控制、數字立體聲播放器設計等數字游戲項目；美國Michigan大學(xué)本科一年級學(xué)生就能設計數字電子琴，其中FPGA控制VGA顯示五線(xiàn)譜，PS/2鍵盤(pán)作為琴鍵；東南大學(xué)在一次省級數字電路課程電子設計競賽中，有一組同學(xué)完成了指紋識別數字鎖的設計而獲一等獎。

（7）課程安排的時(shí)間太晚

目前此課程絕大多數情況下仍被放在本科第4甚至第5學(xué)期。這在30年前沒(méi)有什么不妥，因為那時(shí)數字技術(shù)起步不久，還沒(méi)有什么上規模的數字產(chǎn)品，與數字技術(shù)相關(guān)的課程也非常少，因此那時(shí)的數字電路課對后續課程或就業(yè)的影響甚微。此外，那時(shí)的數字技術(shù)尚處于低速小規模手工技術(shù)階段，這使得數字電路與模擬電路常同時(shí)出現于同一電路結構中，從而要求學(xué)習者較多地關(guān)注脈沖及數字信號的產(chǎn)生與處理上（而非現代數字技術(shù)所追求的功能實(shí)現和系統優(yōu)化上），這就要求讀者具備更多的數學(xué)知識、半導體器件知識和模擬電子線(xiàn)路的基礎知識，于是使得此課程根本無(wú)法提前安排。

但在今天，隨著(zhù)基于數字技術(shù)基礎的大量相關(guān)課程的爆炸式涌現，該課程已成為許多重要后續課程必不可少的基礎課。然而第4、5學(xué)期過(guò)晚的課程安排導致余下過(guò)短的時(shí)間（通常不到1年）使學(xué)生難以應付大量的后續課程的加入，更不可能有足夠的時(shí)間通過(guò)有效的實(shí)踐來(lái)消化它們，學(xué)習效果自然大打折扣。而這些課程又多數與未來(lái)的就業(yè)或可能的深造關(guān)系密切。實(shí)際上，這種狀態(tài)改變的關(guān)鍵是應認識到，當今是數字技術(shù)和系統集成的時(shí)代，對于數字技術(shù)的學(xué)習，完全可以暫時(shí)把模擬電子技術(shù)及其理論暫時(shí)先放在一邊，從而有條件將此課程的教學(xué)提前幾個(gè)學(xué)期進(jìn)行。