隨著嵌入式EDA電子技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的延伸擴(kuò)張，僅僅在30多年前尚未曾有過(guò)的大量學(xué)科紛紛出現(xiàn)在高等教育的課程設(shè)置中。如DSP技術(shù)、SoC設(shè)計(jì)、EDA技術(shù)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信、嵌入式系統(tǒng)等。這其中許多被列為當(dāng)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(shù)MHz的CPU主頻跨入了10GHz的門檻；一度靠手工設(shè)計(jì)技術(shù)將僅含數(shù)個(gè)邏輯門的74系列器件組合成“板上系統(tǒng)”的時(shí)代脫胎為基于EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的含上千萬(wàn)門的“片上系統(tǒng)”時(shí)代。所有這一切，把作為這一領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課——“數(shù)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(duì)這一課程的教學(xué)內(nèi)容提出了尖銳的挑戰(zhàn)！

然而遺憾的是，目前國(guó)內(nèi)高校的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課的絕大部分教材內(nèi)容和教學(xué)模式仍然停留在20世紀(jì)70年代末。這一現(xiàn)狀嚴(yán)重影響了應(yīng)有的教學(xué)質(zhì)量和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

一、目前課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)目標(biāo)，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(yǎng)

暫且不提其“理論基礎(chǔ)”是否適用于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，僅其學(xué)習(xí)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(chǔ)。調(diào)查表明大多數(shù)學(xué)校對(duì)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(yàn)，而且以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主；顯然，實(shí)踐要求被嚴(yán)重弱化。而且將此課程基本退化為依賴題海戰(zhàn)術(shù)的普通基礎(chǔ)課，諸如搞試題庫(kù)、習(xí)題集、標(biāo)準(zhǔn)答案、聯(lián)校統(tǒng)考等。殊不知這一切恰恰埋沒(méi)了這門作為當(dāng)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(biāo)和教學(xué)要求，特別是抹殺了此課程作為創(chuàng)新意識(shí)啟蒙這一重要目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。其結(jié)果是造就了大批只擅長(zhǎng)紙面答題而畏懼動(dòng)手實(shí)踐的學(xué)習(xí)者，嚴(yán)重影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和求實(shí)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。事實(shí)上，作為一門面向技術(shù)的主干必修課，它既是許多重要后續(xù)課程的基礎(chǔ)課，同時(shí)又理應(yīng)成為培養(yǎng)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。現(xiàn)代電子與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中擁有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的自主創(chuàng)新項(xiàng)目多產(chǎn)生于數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域。顯然，數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)應(yīng)該是呵護(hù)和激發(fā)創(chuàng)新精神的源頭，這個(gè)領(lǐng)域不需要什么習(xí)題集，也永遠(yuǎn)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，它提倡個(gè)性、鼓勵(lì)想象、適應(yīng)變革、崇尚實(shí)踐！

（2）陳舊的教學(xué)內(nèi)容

那些無(wú)法與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)接軌的陳舊教學(xué)內(nèi)容，主要包括對(duì)傳統(tǒng)組合電路和時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)的純手工技術(shù)，及數(shù)十年不變地圍繞這一課程的核心教學(xué)內(nèi)容（就如同一包內(nèi)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(nèi)容實(shí)為僅適合于低速小規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計(jì)的“手工數(shù)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(jì)60年代、成熟于70年代、完全淘汰于80年代初的陳舊的內(nèi)容。美國(guó)Stanford大學(xué)的J.F.Wakerly在其《數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐》一書中說(shuō)：“如何幫助學(xué)生去適應(yīng)不可避免地要面臨的變化，這才是最困難的。因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域的一般教科書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(dǎo)，例如會(huì)誤將過(guò)時(shí)的手工技術(shù)、分析方法和設(shè)計(jì)流程當(dāng)成現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)去應(yīng)用；或?qū)⑦壿嫽��?jiǎn)誤當(dāng)做系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)去追求；或?qū)⑦壿嫻δ苁止し治龇椒ㄕ`認(rèn)為就是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)序分析；甚至?xí)�將這些教材中僅適合于低速小規(guī)模條件下的數(shù)字知識(shí)當(dāng)成一般數(shù)字技術(shù)誤用到高速大規(guī)模邏輯設(shè)計(jì)中。

至于將IEEE/ANSI曾于1984年制定的，并很快在國(guó)際上淘汰的邏輯圖形符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，一直在我國(guó)教科書中作為“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”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(guó)標(biāo)符號(hào)，早于上世紀(jì)80年代后期的數(shù)字技術(shù)業(yè)界就升級(jí)至ANSI/IEEE—1991標(biāo)準(zhǔn)（Distinctive shape Symbols）。其結(jié)果是，迫使已完成現(xiàn)在的數(shù)字電路課程學(xué)習(xí)的學(xué)生，不得不重新學(xué)習(xí)和熟悉ANSI/IEEE—1991標(biāo)準(zhǔn)的邏輯符號(hào)，才能面對(duì)實(shí)用的電子工程技術(shù)。

（3）脫離工程實(shí)際

教材中充斥著偏離工程實(shí)際的偽命題和偽技術(shù)。例如，當(dāng)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用驅(qū)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(qū)動(dòng)十個(gè)TTL器件之類的夸張“技術(shù)”；再如對(duì)于毛刺脈沖的解決方案，工程上原本應(yīng)該選擇時(shí)序電路，然而書中卻羅列了許多脫離實(shí)際甚至錯(cuò)誤的方法，如改變邏輯結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)的反饋邏輯函數(shù)，就能通過(guò)控制通用邏輯器件的清零或置數(shù)端，構(gòu)建成指定進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。卻從不提及或討論，以此類方法設(shè)計(jì)的邏輯系統(tǒng)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(hào)是否會(huì)出現(xiàn)毛刺脈沖，從而提前啟動(dòng)清零或置數(shù)。例如，74LS161理論上的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)設(shè)計(jì)很可能由于外部因素而變成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器！

（4）知識(shí)體系的結(jié)構(gòu)性缺陷

傳統(tǒng)教材知識(shí)體系的結(jié)構(gòu)性缺陷主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

① 知識(shí)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(yīng)用到實(shí)際工程上，因?yàn)楝F(xiàn)在只做時(shí)序仿真；又如給出的設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器等）設(shè)計(jì)，根本無(wú)法推廣到更實(shí)用的諸如模70、模700乃至模7000等多變量的同類計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，從而約束了學(xué)生的創(chuàng)造力。

② 僅羅列枝節(jié)性知識(shí)，沒(méi)有將這些知識(shí)上升為一般性理論和實(shí)踐依據(jù)。例如，羅列了各種時(shí)序電路應(yīng)用模塊（如各類計(jì)數(shù)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(jī)的特殊形式”的關(guān)鍵臺(tái)階。所導(dǎo)致的后果是，多數(shù)學(xué)習(xí)者除了僅能完成基于筆頭的“書面實(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(rèn)識(shí)規(guī)律。人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)規(guī)律就是從特殊到一般，再?gòu)囊话慊氐教厥獾倪^(guò)程；而人對(duì)自然的能動(dòng)作用則體現(xiàn)在后一階段。如果教學(xué)中只羅列各類計(jì)數(shù)器的類型和設(shè)計(jì)，卻不將學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)推向更高更一般的層次，即狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用（國(guó)外許多知名同類教材都介紹狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)），無(wú)疑是舍本求末之舉。

③ 缺乏前后呼應(yīng)的一致性。盡管教材都安排了存儲(chǔ)器、模數(shù)、數(shù)模等實(shí)用器件的介紹，但都僅僅限于對(duì)它們的結(jié)構(gòu)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(yàn)安排，完全違背了技術(shù)基礎(chǔ)類教材的基本要求。一般而言，對(duì)于后文安排的實(shí)例性項(xiàng)目（如ADC0809），理應(yīng)利用前文給出的有關(guān)邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)知識(shí)，給讀者展示使用這些器件的技術(shù)，乃至綜合應(yīng)用方法，這本是冠以“技術(shù)基礎(chǔ)”教材的分內(nèi)責(zé)任。然而遺憾的是，A/D、D/A、ROM、RAM這些在數(shù)字技術(shù)中極其重要的內(nèi)容卻僅停留在結(jié)構(gòu)原理的介紹上，與主干內(nèi)容亦呈游離狀態(tài)，使得本來(lái)以推介“技術(shù)”為目標(biāo)的教科書淪為器件說(shuō)明書。其原因只有一個(gè)，即疏漏了狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用等核心知識(shí)的介紹！其實(shí)，一些即使加入了EDA知識(shí)和硬件描述語(yǔ)言（HDL）的同類教材也存在相同問(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(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的低速小規(guī)模電路理念。例如，甚至在最新版的權(quán)威教材中仍有這樣的文字：“在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要用到一些脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和變換電路”，“單穩(wěn)態(tài)電路也是數(shù)字系統(tǒng)中常用的一種脈沖整形電路”。事實(shí)上，即使現(xiàn)代最小規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也不會(huì)包含任何脈沖信號(hào)變換或諸如單穩(wěn)態(tài)類涉及阻容元件的電路，這是因?yàn)楝F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的普通工作頻率都高達(dá)數(shù)十至數(shù)百MHz，而涉及阻容元件模擬電路的脈沖變換或單穩(wěn)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(xiàn)在數(shù)字系統(tǒng)中呢？顯然是低速理念在做怪。殊不知現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)與模擬電路已是兩個(gè)分離的世界，它們被獨(dú)立研究，單獨(dú)設(shè)計(jì)，它們之間的聯(lián)系只能是A/D和D/A。無(wú)疑，數(shù)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(dǎo)是明顯的。

（6）教學(xué)目標(biāo)定位過(guò)低

在長(zhǎng)期延續(xù)下來(lái)的低速小規(guī)模理念的引導(dǎo)下，數(shù)字電路教學(xué)低下的教學(xué)目標(biāo)定位是必然的。大多數(shù)教學(xué)情況除了滿足于純筆頭的書面考核外，其動(dòng)手能力的訓(xùn)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(jì)數(shù)器、搶答器和交通燈控制之類低層次簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)上。這勢(shì)必使學(xué)生以極低的起點(diǎn)和過(guò)窄的視野去面對(duì)大量重要的后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

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(guó)內(nèi)已有不少院校（包括我校部分專業(yè)）將數(shù)字電路放在第一或第二學(xué)期，實(shí)踐訓(xùn)練的內(nèi)容包括超過(guò)數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)邏輯門規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)自主設(shè)計(jì)訓(xùn)練，不少受益的學(xué)生在各類電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得了好成績(jī)；又如美國(guó)Stanford大學(xué)將數(shù)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(yàn)開(kāi)發(fā)板，該校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科二年級(jí)學(xué)生就能自主設(shè)計(jì)出各種極具創(chuàng)新特色的數(shù)字系統(tǒng)，如VGA圖形顯示控制、數(shù)字立體聲播放器設(shè)計(jì)等數(shù)字游戲項(xiàng)目；美國(guó)Michigan大學(xué)本科一年級(jí)學(xué)生就能設(shè)計(jì)數(shù)字電子琴，其中FPGA控制VGA顯示五線譜，PS/2鍵盤作為琴鍵；東南大學(xué)在一次省級(jí)數(shù)字電路課程電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，有一組同學(xué)完成了指紋識(shí)別數(shù)字鎖的設(shè)計(jì)而獲一等獎(jiǎng)。

（7）課程安排的時(shí)間太晚

目前此課程絕大多數(shù)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?yàn)槟菚r(shí)數(shù)字技術(shù)起步不久，還沒(méi)有什么上規(guī)模的數(shù)字產(chǎn)品，與數(shù)字技術(shù)相關(guān)的課程也非常少，因此那時(shí)的數(shù)字電路課對(duì)后續(xù)課程或就業(yè)的影響甚微。此外，那時(shí)的數(shù)字技術(shù)尚處于低速小規(guī)模手工技術(shù)階段，這使得數(shù)字電路與模擬電路常同時(shí)出現(xiàn)于同一電路結(jié)構(gòu)中，從而要求學(xué)習(xí)者較多地關(guān)注脈沖及數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與處理上（而非現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)所追求的功能實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)優(yōu)化上），這就要求讀者具備更多的數(shù)學(xué)知識(shí)、半導(dǎo)體器件知識(shí)和模擬電子線路的基礎(chǔ)知識(shí)，于是使得此課程根本無(wú)法提前安排。

但在今天，隨著基于數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)的大量相關(guān)課程的爆炸式涌現(xiàn)，該課程已成為許多重要后續(xù)課程必不可少的基礎(chǔ)課。然而第4、5學(xué)期過(guò)晚的課程安排導(dǎo)致余下過(guò)短的時(shí)間（通常不到1年）使學(xué)生難以應(yīng)付大量的后續(xù)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(xí)效果自然大打折扣。而這些課程又多數(shù)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(yīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)今是數(shù)字技術(shù)和系統(tǒng)集成的時(shí)代，對(duì)于數(shù)字技術(shù)的學(xué)習(xí)，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。