馬漢達　鮑可進

摘要：從實驗教材的建設背景出發(fā)，分析目前實驗教材存在的問題，闡述立體化教材的概念，從實驗教材的編寫思路、實驗內(nèi)容編排、實驗報告規(guī)范、數(shù)字化的實驗資源4個方面探討數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材建設的體會。

關鍵詞：數(shù)字邏輯電路；立體化實驗教材；實驗報告

0 引言

教育部《關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》的第八條明確提出強化實踐育人環(huán)節(jié)。制訂加強高校實踐育人工作的辦法，強化實踐教學環(huán)節(jié)，結(jié)合專業(yè)的特點和人才培養(yǎng)要求，分類制訂實踐教學標準，增加實踐教學比重，確保各類專業(yè)實踐教學必要的學分（學時），配齊配強實驗室人員，組織編寫一批優(yōu)秀實驗教材，提升實驗教學水平。“十二五”以來，這些有關加強實驗教學改革文件的出臺，表明深化實踐教學方法改革，加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已經(jīng)到了刻不容緩的地步。教育部指出，要把加強實踐教學方法和人才培養(yǎng)模式改革作為專業(yè)建設的重要內(nèi)容。加強實踐教學，實驗教材改革是改革教學內(nèi)容和教學方法的關鍵一環(huán)，實驗教材質(zhì)量的好壞、水平的高低直接影響到學生的培養(yǎng)質(zhì)量。

1 目前實驗教材存在的問題

目前，我國高校實驗教材整體上沒有擺脫依附并服務于課程的格局，而且以單一的紙質(zhì)實驗教材為主，其他形式的實驗資源比較匱乏，傳統(tǒng)教材能滿足系統(tǒng)化實驗教學的需要，但在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力方面存在明顯的不足。近年來，很多高校對傳統(tǒng)實驗項目和內(nèi)容進行了一系列改革，減少了驗證性實驗項目，增加了綜合性、研究性和設計性實驗項目，但仍然沒有脫離課程體系，只是傳統(tǒng)實驗項目的修改與增刪，還是按照原有的知識體系，配合理論教學而開展的輔助性實驗教學活動，其目的仍然是為了強化理論教學，幫助學生鞏固和掌握理論知識，沒有把學習方法作為實驗教學的重點加以重視。在實驗教材的內(nèi)容編排上還是按照實驗目的與原理，操作步驟與方法這一傳統(tǒng)教材的樣式，并沒有從引導、啟發(fā)的角度進行組織，一些學校自己印刷的實驗指導書，離正式出版還有一定的距離，也沒有其他數(shù)字化的輔導性材料。總之，現(xiàn)在的實驗教材，按照粗放而統(tǒng)一的要求，讓學生“按方抓藥”式地進行驗證，學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力得不到鍛煉。

“十二五”以來，深化實踐教學改革，加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實驗教材的建設已引起各高校的重視。同時，科技的發(fā)展與知識的更新也促進了實驗教學設備的改進，也促進實驗教材的改進。因此，在實驗教材的建設上，針對上述問題，必須按照學生的能力體系來構建實驗教學體系，把信息技術與實驗教學內(nèi)容進行有效整合作為一個重要任務來抓，在寫好傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的同時，建設適合開放教學和創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求的多媒體實驗教學資源。

2 數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材建設

學習最終還是要歸本的，教材是學生學習的主要參考書和理論依據(jù)，立體化實驗教材主要包括實驗教程（主教材）、實驗報告、多媒體課件以及其他與實驗有關的實驗教學資源，立體化教材提供了一種綜合性的教學資源，加快了實驗教學內(nèi)容、教學體系和教學方法及手段的改革，優(yōu)化實驗教學過程，推動創(chuàng)新教育模式，教材質(zhì)量的高低會對教學效率以及學生學習水平產(chǎn)生直接的影響。數(shù)字邏輯電路的實驗內(nèi)容具有一定的獨立性，實驗項目的設置、實驗軟件的使用、儀器設備、實驗開發(fā)語言等在理論課中很少涉及，因此，開發(fā)數(shù)字邏輯電路的立體化實驗教材具有可行性。筆者將從實驗教材的編寫思路、實驗內(nèi)容編排、實驗報告規(guī)范、數(shù)字化的實驗資源等4個方面來探討數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材建設。

2.1 實驗教材的編寫思路

為了配合開展實踐教學及適應教學改革的需要，提高實驗教學質(zhì)量，要不斷改革實踐教學內(nèi)容和教學方法，高質(zhì)量的實驗教材是關鍵，為此我們組織技術骨干編寫實驗教材。在數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材的建設上，除了介紹實驗的基礎理論知識外，堅持“以高水平的實驗吸引人、以數(shù)字化的資源方便人”為宗旨，以提高學生實際動手能力和工程設計能力為目的，尊重學生的個性差異和工程素養(yǎng)差異，精心選擇實驗教學內(nèi)容。

2.2 實驗教材的內(nèi)容編排

在實驗大綱允許的范圍內(nèi)，我們采用的方法是“給通才定規(guī)則，給天才留空間”，在實驗教材的編寫過程中，在大綱規(guī)定的基本要求的基礎上，精心選擇了新穎、有趣，實用性、可行性較強，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的15個不同難度的基礎實驗和5個典型的綜合性、設計性實驗，可供不同專業(yè)、不同層次、不同學時數(shù)的學生使用，這些實驗基本包含了本專業(yè)課程標準要求的相關知識點，幫助學生將教材上的分立知識點有機地、系統(tǒng)地聯(lián)系起來，培養(yǎng)綜合分析、設計、制作和調(diào)試的能力。設計的每個實驗項目都具有一定的層次性，即同樣的實驗項目，可以設計的簡單些，也可以設計的復雜些，分層次對學生提出要求，對能力差的學生，引導其如何將理論與實際結(jié)合起來，把設計思想弄清楚，使其有能力完成實驗的基本要求；對能力強的學生提出更高要求，采用啟發(fā)式的方法，充分發(fā)揮學生的主體作用，鼓勵他們根據(jù)自己的能力，提出多種設計方案，體現(xiàn)教學內(nèi)容的可伸縮性和開放性。

實驗預習是提高實驗效果的一個重要環(huán)節(jié)，只有預習充分，實驗操作時才會做到思路清晰。實驗預習質(zhì)量的高低取決于實驗教材的質(zhì)量。為此，在編寫實驗教材時，對每個實驗項目除了常見的實驗目的、實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟外，對實驗預習、實驗思考與提高等也提出明確要求。在預習要求中明確了實驗預習必須完成的任務，要求學生理解每一個實驗的實驗原理、編寫或完善實驗代碼等強制性的任務，從而增加了學生對實驗原理、開發(fā)語言、實驗代碼的理解。在實驗過程中按照實驗步驟完成實驗要求，在完成實驗的基本要求后，通過實驗思考與提高來提高學生的分析與設計能力。例如，在進行7人表決器電路的設計時，設計方法很多，可以使用原理圖方法實現(xiàn)，還可以使用VHDL語言實現(xiàn)，而使用VHDL語言可以使用行為描述、結(jié)構描述、數(shù)據(jù)流描述3種方法。在實驗思考與提高中，要求學生比較各種實現(xiàn)方法的區(qū)別，可以對實驗提出更高的要求，如要求將表決結(jié)果在數(shù)碼管顯示出來、7個人中有一個人具有否決權、限制表決時間等提高要求，要求學生修改代碼實現(xiàn)相應功能，從而加深對組合邏輯電路設計的理解和硬件描述語言描述組合邏輯電路的方法。endprint

2.3 實驗報告格式的規(guī)范

“問題式”教學或“任務式”教學是經(jīng)常采用的有效的教學方式，有利于學生明確學習目的，能夠激發(fā)學生的學習積極性，改善以往被迫學習的方式，變被動為主動，增強實踐動手能力。計算機科學是一門實踐性很強的學科，強調(diào)的是“做中學”，就是指在完成實驗的過程去學習，在完成報告中去加深理解。實驗報告是實驗過程的記錄、實驗現(xiàn)象的分析和實驗的總結(jié)，書寫實驗報告是實驗教學的重要環(huán)節(jié)。

在數(shù)字邏輯電路實驗中，我們規(guī)范了實驗報告內(nèi)容和要求，并單獨印刷成冊，在實驗報告的設計上，改變以往使用統(tǒng)一的實驗報告紙的形式，實驗報告中不需要學生抄寫實驗目的、實驗原理等內(nèi)容，而是將實驗內(nèi)容和要求設計成各種不同的任務，按照實驗步驟來完成這些任務時就完成了實驗報告。在報告中，只需寫出實驗代碼的關鍵部分，調(diào)試實驗代碼、畫出實驗的仿真波形、寫出設計中的管腳分配關系，使用測試數(shù)據(jù)進行實驗驗證、分析實驗現(xiàn)象、將實驗過程中出現(xiàn)的問題進行實驗總結(jié)，回答實驗思考題，從而加深對實驗原理的理解，提高設計能力。通過書寫實驗報告，培養(yǎng)了學生認真做好實驗，仔細觀察實驗過程中所發(fā)生的現(xiàn)象，有利于加強對理論知識的理解和記憶，促使學生重視基本技能的學習及應用。一份高質(zhì)量的實驗報告應能反映出學生的綜合素質(zhì)，如高度的注意力、敏銳的觀察力、豐富的想象力、準確的判斷力、科學的思維能力和正確的表示能力。

2.4 開發(fā)豐富的數(shù)字化實驗資源，構建網(wǎng)絡化的實驗教學輔助平臺

數(shù)字化實驗教學資源是立體化實驗教材的重要組成部分，可以解決目前實驗教學資源相對單一的問題，在進行實驗教材建設時，利用網(wǎng)絡技術開發(fā)數(shù)字化實驗教學資源，構建網(wǎng)絡化的實驗教學平臺。在數(shù)字化實驗教學資源建設時，要避免實驗教材的電子化，開發(fā)能滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)、適應開放式實驗教學要求的多媒體實驗資源，使學生能借助校園網(wǎng)絡環(huán)境，利用數(shù)字化資源進行實驗前預習、討論，甚至自行提出實驗方案，開展實驗后總結(jié)和實驗數(shù)據(jù)分析。網(wǎng)絡化的實驗教學輔助平臺，主要包含實驗儀器的使用、開發(fā)軟件的使用，實驗中常見的問題及解決辦法，讓學生借助輔助平臺解決實驗過程中出現(xiàn)的問題，這樣減輕了教師的指導工作，同時也為開放實驗教學提供條件。學生通過對數(shù)字化實驗教學資源的有效利用，革新了傳統(tǒng)“按部就班”式的實驗教學模式，激發(fā)學生的主觀能動性，調(diào)動師生積極參與實踐活動，在實驗中提高了學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語

立體化實驗教材建設實現(xiàn)了實驗教學信息化、網(wǎng)絡化。整合實驗教學資源，優(yōu)化實驗教學要素的配置，是一種新型的整體實驗教學解決方案，不僅充分考慮到任課教師的教學需要和學生的學習要求，還能促進教學改革的不斷深入，促進教學水平的不斷進步和教學質(zhì)量的不斷提高。數(shù)字邏輯電路立體化實驗教材的紙質(zhì)教材、實驗報告已使用了兩年，電子課件以及數(shù)字化實驗資源及輔助實驗平臺也在實踐中得到完善，滿足了個性化、層次化、開放性實驗教學的要求，有利于大學生自主學習能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也為培養(yǎng)適應信息化社會學習、生活和工作的高素質(zhì)人才奠定堅實的基礎。目前《數(shù)字邏輯電路設計實驗教程》已作為高等院校實驗與實踐系列示范教材在清華大學出版社出版，對計算機硬件課程的實驗教材建設具有一定的示范作用。

參考文獻：

[1]劉洪婧，朱艷輝，侯俐，等.計算機實踐教學多元化環(huán)境建設與研究[J].計算機教育，2013（2）：33-36.

[2]玄金紅，蓋彥榮.淺談實驗教學中實驗教材的意義[J].新課程研究，2008（5）：118-119.

[3]何唐梅.論立體化實驗教材建設[J].科技信息，2008（5）：172.

[4]王永會，高智琛.高校實驗教材建設[J].中國教育裝備，2012（13）：55-56.

[5]曹海平.實驗課程群的立體化教材建設[J].實驗室研究與探索，2011，30（5）：104-106.

[6]田淑珍，全成斌，李山山.數(shù)字邏輯電路實驗課的教學改革探索[J].實驗技術與管理，2010，27（11）：169-171.

[7]高智琛，王永會.淺談高校實驗教材的建設[J].實驗室科學，2012，15（4）：203-205.

[8]孫麗華，劉慶瑞，趙靜，等.電力工程課程立體化教材建設[J].電氣電子教學學報，2007，29（4）：43-44.

[9]戚梅，東野長磊.構建計算機硬件實驗教學體系[J].實驗室研究與探索，2009（9）：131-132.

[10]畢效輝，于春梅.高融合立體化教材及其建設實踐[C]∥湖南工業(yè)大學法學院.第三屆教學管理與課程建設學術會議論文集，2012：148-150.

[11]劉倫.開放式計算機實驗教學改革研究[J].計算機教育，2013（2）：100-102.

[12]趙玲，馬淑蘭.高校計算機實驗教學改革的研究[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2012（10）：133.

[13]馬漢達，趙蕙.計算機組成原理實驗教學改革[J].計算機教育，2010（9）：30-33.

（見習編輯：劉麗麗）endprint