朱慧博 史洪瑋 秦玉龍

摘 要： 文章從“數(shù)字邏輯電路”課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，從加強理論教學(xué)改革、強化實踐教學(xué)、發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)優(yōu)勢等方面，闡述了“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)改革的新探索。

關(guān)鍵詞：計算機類；數(shù)字邏輯電路；教學(xué)改革

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）11-0073-02

當(dāng)前，國家建設(shè)和區(qū)域社會發(fā)展需要高校培養(yǎng)大批不同類型、不同層次和不同規(guī)格的高素質(zhì)應(yīng)用型人才[1]，這就要求多數(shù)地方本科高校必須從學(xué)術(shù)型或理論型向應(yīng)用型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。這是教育在經(jīng)濟社會發(fā)展中轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)的必然選擇[2]，也對高校教學(xué)方式的變革提出了新的要求與挑戰(zhàn)。大批以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的本科高校如何轉(zhuǎn)變教育理念，探索新的教育模式成為當(dāng)前不少專業(yè)各類課程改革的目標(biāo)和導(dǎo)向。

“數(shù)字邏輯電路”是計算機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程理論與實踐結(jié)合緊密，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，由于受各種因素制約，顯現(xiàn)出了較多問題，通過對這些問題的梳理和分析，筆者嘗試從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩方面入手，對教學(xué)內(nèi)容和方法進行改革與探索，以期更好地配合與促進計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

一、“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)現(xiàn)狀

（一）內(nèi)容冗余陳舊，教學(xué)方法單一

目前在不少以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的高校中，計算機類專業(yè)“數(shù)字邏輯電路”課程的教學(xué)內(nèi)容依然與重點本科高校相同，內(nèi)容多，時代感不強，與當(dāng)下電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用有一定的差距，更與計算機類專業(yè)的專業(yè)主干課程嚴(yán)重脫節(jié)。在實際教學(xué)過程中，這些問題使具備了一定的編程思想，思維比較活躍的計算機類專業(yè)學(xué)生產(chǎn)生了強烈的距離感，感覺課程內(nèi)容不實用，也認(rèn)識不到課程的重要性，學(xué)習(xí)興趣和積極性不高。

在教學(xué)方法上，目前絕大部分任課教師仍然以“灌輸式”為主，盡管引入了多媒體進行輔助教學(xué)，但實際上即便課件做得再精美，學(xué)生仍覺得內(nèi)容抽象、枯燥乏味[3]，課堂教學(xué)效果自然大打折扣。

（二）實踐內(nèi)容不豐富，考核機制不合理

目前的課內(nèi)實驗，項目多為原理性或驗證性，缺乏對學(xué)生實踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在具體實施過程中，由于實驗題目少，重復(fù)率高，學(xué)生相互依賴性較強，實驗結(jié)果雷同甚至互相抄襲現(xiàn)象較嚴(yán)重，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；教師在實驗成績記載和考核方面主要依靠學(xué)生的實驗報告，很難做到真正的公平公正。

課程設(shè)計環(huán)節(jié)目前主要采用兩種方式：一是在實驗箱上用中小規(guī)模芯片搭建具有特定功能的電路；二是組裝焊接主要應(yīng)用中小規(guī)模芯片的產(chǎn)品。雖然它們可以加深學(xué)生對中小規(guī)模芯片應(yīng)用的理解，一定程度上也鍛煉了學(xué)生的電路糾錯能力，但面對日新月異的電子信息技術(shù)，如現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD等的日趨成熟和廣泛應(yīng)用，原有設(shè)計方式與實際工程應(yīng)用脫節(jié)較為嚴(yán)重的缺點顯現(xiàn)無疑，其制約了思維相對活躍的計算機類專業(yè)學(xué)生的個性發(fā)展，不利于調(diào)動他們對新技術(shù)探索的積極性。

二、“數(shù)字邏輯電路”教學(xué)改革的新探索

（一）加強理論教學(xué)改革

1.加深課程認(rèn)知。相比其他專業(yè)課程，計算機類專業(yè)學(xué)生普遍認(rèn)為“數(shù)字邏輯電路”與自己的專業(yè)相距甚遠，重視度不夠。因此加深學(xué)生對課程的認(rèn)知，是調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性的一個重要因素。從第一節(jié)理論課就指出該課程是學(xué)習(xí)“計算機組成原理”、“微機原理與接口技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”等后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，使學(xué)生認(rèn)識到課程的重要性。課堂中通過一些生動現(xiàn)實的例子，譬如簡單解釋公交車IC卡、各種電器中的計時、定時系統(tǒng)等的電路原理激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生了解到電子電路的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)影響人們生產(chǎn)、生活的方方面面，并且發(fā)揮著越來越重要的作用，因此學(xué)習(xí)相關(guān)理論和知識是十分必要的。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。針對計算機類專業(yè)的特點而言，教學(xué)重點應(yīng)放在應(yīng)用器件與設(shè)計系統(tǒng)方面，因此在保證課程理論體系完整和內(nèi)容連貫的前提下，對理論部分進行合理取舍，強調(diào)基本器件的工作原理，重點講解器件的實際應(yīng)用。在具體教學(xué)過程中，首先根據(jù)計算機類專業(yè)學(xué)生后續(xù)課程中數(shù)?；Q應(yīng)用較多的實際情況，將數(shù)模互換章節(jié)作為重點內(nèi)容展開講解；其次配合電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字邏輯器件出現(xiàn)可編程、高密度、高速度等特點，增添介紹目前流行的CPLD、FPGA等內(nèi)容，并適當(dāng)介紹硬件描述語言基礎(chǔ)；最后對因前導(dǎo)課程缺乏而導(dǎo)致學(xué)生晦澀難懂的“門電路”部分，可以將其放到課程最后進行簡單介紹，讓學(xué)生了解即可。

（二）強化實踐教學(xué)

1.重構(gòu)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，創(chuàng)新考核機制。將實驗項目分為基礎(chǔ)驗證性和綜合設(shè)計性兩類?；A(chǔ)驗證性實驗的主要目的是讓學(xué)生掌握芯片的基本功能及應(yīng)用，主要采用相對“封閉式”的教學(xué)方式，即在規(guī)定時間內(nèi)、規(guī)定實驗環(huán)境中完成。實驗項目一般是將實際芯片單片或者幾個集成芯片進行簡單連線即可得到實驗結(jié)果，對學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的要求較低。而對于綜合設(shè)計性實驗，教師則設(shè)計較多的題目，如：交通燈控制電路設(shè)計、廣告流水燈設(shè)計、八路鎖存搶答器設(shè)計等。實驗中將學(xué)生2—3人分為一組，采用一組一題的方法。此類實驗主要采用“開放式”教學(xué)方式[4]，不限定學(xué)生采用何種方法和芯片，只要學(xué)生在教師要求的截止時間前完成并通過考核即可。

“數(shù)字邏輯電路”實驗成績原本僅占課程總成績的20%，為增加學(xué)生重視程度，現(xiàn)改為一門獨立考核的考查課程。該考查課程成績由三部分構(gòu)成：平時實驗成績、基礎(chǔ)驗證性實驗成績和綜合設(shè)計性實驗成績。其中平時成績占總成績的30%，以實驗報告、出勤和平時實驗檢查情況為評分依據(jù)；基礎(chǔ)驗證性實驗成績占總成績的50%，考核方式為期末統(tǒng)一考核，每人一組，實驗項目隨機抽??；綜合設(shè)計性實驗成績占總成績的20%，以實驗結(jié)果展示和回答教師提問等為評分依據(jù)。表1給出了基礎(chǔ)驗證性實驗考核的評分標(biāo)準(zhǔn)。

2.以學(xué)生為主體課程設(shè)計。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，以學(xué)生為本，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師只在關(guān)鍵節(jié)點介入發(fā)揮指導(dǎo)作用，使學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識的同時拓展知識結(jié)構(gòu)。課程設(shè)計的選題由學(xué)生查找資料并與教師進行充分討論后確定，選題以單元電路的應(yīng)用為鋪墊，強調(diào)電子系統(tǒng)的設(shè)計思路，并要求運用硬件描述語言設(shè)計系統(tǒng)。目前我們主要采用了Quartus仿真軟件，以及VHDL硬件描述語言設(shè)計并進行仿真編譯及調(diào)試，最后下載到FPGA或CPLD芯片中，用實驗箱展示硬件實現(xiàn)效果。由于計算機類專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)對編程語言有了較深入的了解，并具備了一定的編程思想，因此他們對于硬件描述語言的自學(xué)能力較強，接受也較快。在實際教學(xué)過程中，學(xué)生比較積極、主動，課程設(shè)計結(jié)束時，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為“數(shù)字邏輯電路”是門很實用的課程，收獲頗豐。

（三）發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)優(yōu)勢，豐富教學(xué)手段

1.充分利用網(wǎng)絡(luò)課程資源。利用各類教學(xué)平臺，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，充分發(fā)揮和利用互聯(lián)網(wǎng)特性及網(wǎng)絡(luò)資源，展現(xiàn)現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢。網(wǎng)站為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂實驗、課后總結(jié)和課外拓展創(chuàng)造條件。它主要由教學(xué)信息、公共資源、練習(xí)測試、互動交流、第二課堂以及考核評價等六個模塊組成。前三個模塊主要放置任課教師簡介、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、教學(xué)視頻、其他高校微課、MOOC的鏈接以及任務(wù)點練習(xí)等內(nèi)容；互動交流模塊支持師生以及生生之間的實時、非實時交流，以拓展課程教學(xué)的時間和空間；第二課堂模塊存放以提升興趣和能力為目的的綜合實踐實訓(xùn)課題，包括課題題目、相關(guān)資源推薦、課題攻關(guān)小組信息及小組成果展示等內(nèi)容，模塊突破了傳統(tǒng)課程知識和思維的封閉性，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；考核評價模塊主要建立學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價體系，如通過統(tǒng)計學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)點的情況、網(wǎng)絡(luò)測驗成績、解決問題的次數(shù)等綜合評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和效果。

2.運用計算機輔助教學(xué)。在理論教學(xué)和實驗課預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中均采用EDA仿真技術(shù)，通過實例仿真的直觀演示，使學(xué)生對器件的原理和應(yīng)用一目了然、印象深刻，更加有效地理解和掌握知識點，大大調(diào)動學(xué)生應(yīng)用芯片的興趣和動手操作的欲望。

對于大量即將轉(zhuǎn)型為培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的高等學(xué)校來說，如何構(gòu)建配套的教育教學(xué)體系是一個系統(tǒng)工程。針對這類高校計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，本文分析了“數(shù)字邏輯電路”課程在教學(xué)過程中的一些問題，并在理論教學(xué)、實踐教學(xué)以及新的教學(xué)手段和模式上進行了一些新的嘗試和探索。從目前實際教學(xué)情況來看，改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性得到了提高，動手和編程能力也得到了加強，在計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才方面進行了有益的嘗試。

參考文獻：

[1]吳中江，黃成亮.應(yīng)用型人才內(nèi)涵及應(yīng)用型本科人才培 養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2014，（2）.

[2]劉煥陽，韓延倫.地方本科高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位及 其體系建設(shè)[J].教育研究，2012，（12）.

[3]陳小虎，楊祥.新型應(yīng)用型本科院校發(fā)展的14個基本問 題[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（1）.

[4]宋國利，蓋功琪，蘇冬妹.開放式實驗教學(xué)模式的研究與 實踐[J].實驗室研究與探索，2010，（2）.