陳　勇

(常熟理工學院　電氣與自動化工程學院，江蘇 常熟　215500)

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應用型人才培養(yǎng)目標下的數(shù)字邏輯實驗教學探索

陳勇

(常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇 常熟215500)

摘要開展研究性教學是新建地方本科院校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的應用型人才的重要舉措。針對目前數(shù)字邏輯實驗課程教學中存在的問題，該文提出將研究性教學方法應用于數(shù)字邏輯實驗教學過程中的觀點。教學實踐表明，研究性教學方法提高了學生學習的積極性和主動性，培養(yǎng)了學生的思維能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎。

關鍵詞應用型人才；研究性教學；數(shù)字邏輯實驗

“研究性教學”是指教師針對某一項教學內(nèi)容事先做好精心地教學設計，教學過程以關鍵知識點為節(jié)點依次連接，通過啟發(fā)學生探討和研究相關問題，使其在學習過程中逐個了解和掌握這些關鍵知識點，提高其探究和解決問題的能力，從而實現(xiàn)教學目標。這種教學方法的特點是：在整個教學過程中教師起引導、指導、維護教學活動的作用，學生起主導、主動、主體參與學習的作用。因此，“研究性教學”更注重學生自主地開動思維、搜集信息、探索途徑、設計方案和解決問題，整個教學活動學生都應該全神貫注地汲取知識和鍛煉能力，而不再是“填鴨”式被動地接受知識。研究性教學已經(jīng)成為當前國際教育改革的趨勢[2]，然而，在我國新形勢下如何結合應用型人才培養(yǎng)目標的內(nèi)在驅動將研究性教學方法的內(nèi)涵進一步深化，切實有效地將其應用于“數(shù)字邏輯實驗”的教學活動中，是一個具有較高價值的研究課題。

1數(shù)字邏輯實驗教學的現(xiàn)狀

數(shù)字邏輯實驗課程是對數(shù)字邏輯課程理論知識加深理解、聯(lián)系實際、工程創(chuàng)新的重要實踐環(huán)節(jié)，也是后續(xù)課程學習和實踐的基礎[3]。特別是我校自動化專業(yè)在新建地方本科院校中成為首個卓越工程師培養(yǎng)試點專業(yè)，數(shù)字邏輯等實驗課程對學生動手能力與工程意識的培養(yǎng)就更為重要。然而，以往數(shù)字邏輯實驗課程的內(nèi)容和教學都是針對普通本科學生而設定的，無法實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)的目標。

目前，數(shù)字邏輯實驗課程教學中主要存在以下4個方面問題。

2)在教學內(nèi)容上，實驗大綱所設定的實驗項目中驗證性的項目比重很大，綜合設計性的項目較少或者幾乎沒有，這使得學生不能主動地去思考和探索，認為做實驗就是連導線、搭電路、記數(shù)據(jù)和寫報告，進而失去學習興趣。

3)在教學方式上，很多教師整堂實驗課都扮演著主導者的角色，生怕學生不會做實驗或者做不好實驗，課前將實驗的基本原理、內(nèi)容要點、操作步驟、解決方法等給學生詳細地講解，面面俱到，這使得學生不需要理解和思考，只需要勉強記住要點，“依葫蘆畫瓢”式完成實驗內(nèi)容即可。同時，在學生實際操作過程中一旦出現(xiàn)問題，老師都是手把手地幫學生排除故障、解決問題。這樣的教學方式不僅使老師上課覺得很累，而且使學生分析問題、解決問題的能力無法得以提高，在應用型人才培養(yǎng)目標的道路上越走越遠。

4)在教學設備上，大多數(shù)高校的數(shù)字邏輯實驗教學使用綜合實驗箱，裝有不同功能模塊，每個功能模塊對應相關實驗項目。每次實驗，教師選定所需芯片置于插座上，學生按照實驗要求將給定芯片和相關元器件(指示燈、撥碼開關、數(shù)碼管等)進行電路搭建，隨后實驗驗證。一方面，這種方式使學生囿于實驗本身而無法根據(jù)學生自身對實驗項目的理解去研究所包含的知識點，學生的創(chuàng)新意識和能力得不到鍛煉；另一方面，反復使用實驗箱及其元器件，導線、插孔、插座、開關、指示燈、芯片都會出現(xiàn)老化、接觸不良、損壞等客觀因素而嚴重影響實驗結果的驗證[4-5]，久而久之，學生會有怨言，甚至把某些主觀錯誤推卸于設備不良的客觀原因上，學生動手實踐的積極性受挫。

2數(shù)字邏輯實驗研究性教學改革

結合應用型人才培養(yǎng)目標和數(shù)字邏輯實驗教學現(xiàn)狀，對實驗課程進行研究性教學改革勢在必行。近年來，我們在研究性課程中大膽進行研究性教學改革的探索，在數(shù)字邏輯實驗課程教學過程的四個方面(教學目標、課程體系、教學方法和考核方式)進行了切實有效地改革。

2.1確立一個科學合理的教學目標

數(shù)字邏輯實驗課程開展研究性教學的目標確定要考慮兩個方面因素的影響[6-7]：1)學校的辦學定位。我校的辦學定位是培養(yǎng)應用型本科人才，即主要培養(yǎng)面向地方經(jīng)濟社會發(fā)展的應用型人才；2)專業(yè)人才培養(yǎng)目標。數(shù)字邏輯實驗課程是一門重要的自動化類專業(yè)基礎實驗課程，擔負著鞏固和提升理論知識，培養(yǎng)學生對數(shù)字電路系統(tǒng)綜合分析與合理設計能力、工程應用與實踐能力的重任，為后續(xù)模電、信號系統(tǒng)等課程打下堅實的實踐操作基礎。特別是自動化專業(yè)作為國家卓越工程師培養(yǎng)專業(yè)和工程教育認證專業(yè)，實驗實踐環(huán)節(jié)的課程教學尤為重要，其更要服務于這一目標定位。

基于以上兩方面考慮，我們把數(shù)字邏輯實驗研究性教學改革的教學目標定為：通過實驗教學，培養(yǎng)學生靈活運用知識的能力、自主學習的能力、合作學習的能力以及創(chuàng)新研究的能力。研究性教學體現(xiàn)在教學活動中，最突出的特點就是促使學生積極參與到學習中去，成為學習的主人，從而努力去學習新的知識和技能，并能逐漸把所學知識融會貫通，最終達到用知識來解決問題的目的。這一目標包含5個方面的內(nèi)涵：1)鍛煉學生熟練地使用自動化先進技術、現(xiàn)代儀器儀表和信息技術工具的能力；2)加強學生靈活運用所學數(shù)字邏輯理論知識對系統(tǒng)進行調(diào)試分析和優(yōu)化設計的能力；3)提高學生掌握數(shù)字邏輯相關的文獻檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的能力，并逐步提升為自主學習能力；4)培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力，并逐步提升為合作學習能力；5)訓練學生的思考問題和解決問題的能力，并逐步提升為創(chuàng)新研究能力。這5個方面的基本內(nèi)容包涵于數(shù)字邏輯實驗研究性課程的教學之中，也是數(shù)字邏輯研究性教學的出發(fā)點和立足點。

2.2設計一個適合研究性課程教學的知識體系

教材編纂是課程教學體系的重要組成部分，它體現(xiàn)了教學目標和人才培養(yǎng)的要求，并反映了教師的教學思路和知識架構。根據(jù)數(shù)字邏輯實驗研究性課程的教學目標，重新編寫數(shù)字邏輯實驗教材。本課程采用模塊化結構構建研究性課程內(nèi)容體系，即將課程的主要理論知識點講授和研究性教學環(huán)節(jié)分為5個模塊。

1)基礎性實驗模塊，根據(jù)數(shù)字邏輯理論課程設置常用儀器儀表的使用、常用電路元器件的測試、基本定理驗證等實驗內(nèi)容。

2)提高性實驗模塊，實驗內(nèi)容較基礎性實驗有很大的提高，設置多種儀表綜合使用的測試實驗、多種元器件和復雜電路性能的測試實驗、簡單實際問題為背景的分析設計實驗等。

3)虛擬實驗模塊，運用Multisim、Proteus等電子電路仿真軟件進行各類仿真實驗。

4)思考練習模塊，是對相應的實驗內(nèi)容進行總結、反思和提升。模塊分兩部分：①課前思考題，通過實驗實際操作的體會和結果回答思考題；②課后思考題，實驗完畢反思實驗結果，通過對實驗原理的再認識、再理解和對實驗數(shù)據(jù)的再分析、再總結回答思考題。

5)綜合設計實驗模塊，以基本理論為基礎，以社會生產(chǎn)生活中的實際問題或某工程項目為背景，查閱和搜集相關文獻及信息，運用多種方法研究問題和解決問題，并且在實驗過程中以團隊協(xié)作的形式完成。

各個模塊所組成的研究性教學體系如圖1所示，基礎性實驗、提高性實驗和綜合設計性實驗是一個循序漸進、逐步提高的過程。虛擬實驗是輔助功能模塊，一方面可以作為預習內(nèi)容，讓學生提前對實驗方案和實驗內(nèi)容進行仿真模擬，檢驗方案的可行性和正確性，便于更好地完成基礎性實驗、提高性實驗和綜合性實驗；另一方面可以作為重要的仿真設計工具。此外，思考練習模塊貫穿于各個實驗模塊中，每次實驗前和實驗后都應該有思考練習來鞏固和提高實驗成果，這是一個十分重要且必要的環(huán)節(jié)。

圖1　數(shù)字邏輯實驗教學體系

2.3采用靈活多樣的研究性教學方法

1)自主學習和課堂教學相結合。在多重教學目標和多重教學內(nèi)容的現(xiàn)代教學體系中，僅僅依靠課內(nèi)教學的學時已遠遠不能滿足要求，我院將數(shù)字邏輯系統(tǒng)作為網(wǎng)絡精品課程，充分利用這一資源，將實驗項目添加到網(wǎng)絡精品課程中，讓學生在課余時間學習相關實驗的原理、內(nèi)容、方法、步驟等，針對思考練習題搜集相關資料，提前對實驗內(nèi)容設計初步解決方案，并進行虛擬仿真練習作為預習內(nèi)容。這樣不僅能培養(yǎng)學生對基本知識的自學能力、關鍵問題的解決能力、相關信息的搜集和整理能力，而且使得課堂教學事半功倍。

2)多媒體教學與問題式教學相結合。實驗室教學與課堂教學的不同之處在于課堂教學已將多媒體課件的應用非常深入化和廣泛化了，但很多高校的實驗室教學很少或甚至不用多媒體課件進行教學。然而數(shù)字邏輯實驗課程具有以圖為核心的特殊性，很多實驗原理圖、電路圖、芯片引腳分布圖、實驗結果圖(波形、特性曲線)等都是以圖形來幫助理解和說明，如果在黑板上寫出、畫出會消耗大量時間也不一定能讓學生很好地理解和掌握。如果利用多媒體教學手段，如PPT課件、動畫視頻、仿真軟件能夠形象地把相關實驗原理、實驗過程、實驗結果等展示出來，可使原本教師講解的枯燥的實驗原理變得生動直觀，使紛繁復雜的實驗過程一目了然，茫然未知的實驗結果可觀可控。這樣不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，加深記憶和理解，更能發(fā)揮學生的觀察力、創(chuàng)造力等，達到事半功倍的效果，而且也使得教師容易講授實驗內(nèi)容和控制實驗進程，并可使理論教學與實驗同步進行。

問題式教學是將所學內(nèi)容和知識點分解成若干問題，通過學習者的自主探究來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力，真正提高學習者分析問題、解決問題的能力[8]。如果將多媒體教學和問題式教學相結合，教師則可以將設計好的某一個實驗內(nèi)容的相關問題和問題層次在PPT上預先展示，需要補充或引申的內(nèi)容以超鏈接形式設置，這樣使得學生興致盎然地投入到此情景中跟著教師的思路去探究實驗問題，又能循序漸進地將一個個問題和知識點掌握。學生在解答和完成一個問題后擁有成就感，學習的興趣會大大增加。

3)虛擬仿真實驗和實際操作實驗相結合。虛擬實驗系統(tǒng)為數(shù)字邏輯實驗教學構建了一個全新的實驗環(huán)境。該環(huán)境提供了豐富的元器件、測試儀器、電路模塊和MCU模塊，具有強大的仿真、完備的分析手段、完善的后處理、詳細的報告生成、兼容性較好的信息轉換等功能，能夠較好地滿足實驗課程自學習和方案設計的需要，一定程度上解決了因實驗設備的老化、接觸不良等客觀原因而達不到預期實驗效果的問題。同時，虛擬實驗系統(tǒng)可以作為實驗考核的一部分，讓學生在課余學習時間里提前對部分實驗內(nèi)容進行仿真學習，使得學生心中有數(shù)，并將預習中發(fā)現(xiàn)的問題帶進實驗室，在實際操作實驗中得到進一步的解決。此外，對于綜合性設計實驗而言，虛擬仿真系統(tǒng)也能很好地作為實驗初步方案設計和驗證設計結果正確與否的一個重要手段，避免盲目購買元器件，重復搭建電路。因此虛擬仿真實驗和實際操作實驗兩者是相輔相成的關系，是現(xiàn)代實驗教學的兩個重要平臺。

4)基礎性實驗和提高性實驗相結合。單純的驗證性實驗是實驗教學的詬病，因此在數(shù)字邏輯實驗教學中必須把基礎性實驗和提高性實驗相結合。一方面，設置基礎性實驗使學生掌握一些必要的理論和方法，并讓學生在心理上有一定的成就感；另一方面，設置提高性實驗，如簡單的基于實際生活問題的組合邏輯電路設計，較為復雜得多的模塊、多功能電路功能測試，在理論課上教師簡單提到但未詳細展開的理論內(nèi)容等，讓學生提前搜集資料、自主思考問題、自行完成電路的設計、驗證、總結等工作，讓學生在心理上有一定的滿足感。當然，提高性實驗內(nèi)容不同于綜合設計性實驗內(nèi)容，教師應該把握好度，即一個學生在已有的知識基礎上和規(guī)定時間內(nèi)能夠完成。

5)獨立性實驗和綜合設計性實驗相結合。前面所述都是針對某一個或幾個知識點的獨立性實驗，而綜合設計性實驗是在項目驅動下的實驗教學，可作為大學生創(chuàng)新平臺的一個重要組成部分。綜合性設計實驗結合教師科研、企業(yè)項目、社會需求的相關課題(如智能交通信號燈控制電路、多功能數(shù)字鐘、多路智力搶答器的設計等)，以開放實驗、自主學習、實驗考試等為實施手段，以學生組隊、教師指導為組織形式，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題、團隊協(xié)作、自主創(chuàng)新的能力，是應用型人才培養(yǎng)目標的集中體現(xiàn)[9-10]。具體分為以下4個階段：①構思階段，每個項目實施時，教師先規(guī)定項目要求，分析一些涉及本項目的關鍵知識點；②設計階段，學生課余查找資料，制定初步解決方案，進行軟件仿真，選定實驗所需的元器件，期間教師定期了解學生設計進度，與學生探討設計過程中遇到的問題；③實施階段，學生課內(nèi)搭建電路，測試硬件，調(diào)試軟件，互相討論，完善系統(tǒng)的設計，根據(jù)實驗現(xiàn)象、結果撰寫綜合設計性實驗報告；④考核階段，由各小組選代表進行答辯，演示自己的作品，交流自己的心得體會。教師總結項目設計過程中存在的問題，對學生的項目完成情況進行考核評定。

2.4改革傳統(tǒng)的考核方法

3結束語

數(shù)字邏輯實驗是學生實踐動手能力的培養(yǎng)與工程意識的培養(yǎng)重要的一環(huán)。本文把研究性教學和應用型人才培養(yǎng)目標相結合的思想引入數(shù)字邏輯實驗課程，對教學目標、課程體系、教學方法和考核措施進行了全新的構建。該實驗教學模式可激發(fā)學生的探究興趣和創(chuàng)新精神，使學生通過課程學習和實踐，掌握現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路的分析和設計方法，為后續(xù)課程準備必要的數(shù)字電路知識和設計技能，進而培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計能力、分析問題和解決問題的能力，同時培養(yǎng)和提高了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。從教學效果看，通過引導學生自主地參與研究性學習，形成“理論實踐統(tǒng)一、課內(nèi)課外統(tǒng)一、講授與學習統(tǒng)一”的課程模式，學生的學習積極性大大提高，并在知識點的理解、知識結構的掌握、工程實踐能力的塑造，以及團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)都得到了明顯地提高。

參 考 文 獻

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收稿日期:2015-01-06；修改日期: 2015-06-18

基金項目：江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目(PPZY2015C215)；江蘇省“十二五”高等學校重點專業(yè)基金(ZG0191)。

作者簡介：陳勇(1982-)，男，博士，講師，主要從事機器人技術和智能測試系統(tǒng)方面的研究。

中圖分類號O341;G642.423

文獻標志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.029

Digital Logic Experiment Teaching Reform from the Perspective of the Applied Talents Training Target

CHEN Yong

(School of Electric and Automatic Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China)

AbstractThe research-oriented teaching is an important measure of newly built local undergraduate colleges and universities to cultivate applied talents with innovative consciousness and innovative ability.In view of the existing problem in the of Digital Logic course，this paper puts forward some ideas about research-oriented teaching applied to the course of Digital Logic experiment teaching.The practice shows that research-oriented does not only improve the students’ enthusiasm and initiative，develop the students’ ability of creative thought，but also lay a foundation for the subsequent study.

Key wordsapplied talents；research-oriented teaching；digital logic experiment