陳棟，曾偉

（九江學院電子工程學院,江西 九江 332005）

泛在微課環(huán)境下《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程一體化教學改革

陳棟，曾偉

（九江學院電子工程學院,江西 九江 332005）

為提高教學質(zhì)量，通過構(gòu)建泛在微課環(huán)境，引導學生課外自我學習課程的基本知識點，課內(nèi)采用一體化教學模式，以項目驅(qū)動教學，引導學生進行綜合項目的設(shè)計。通過改革教學模式，學生的創(chuàng)新能力及綜合素養(yǎng)得到提高。

泛在學習;微課；構(gòu)建；一體化教學

一、引言

近年來，隨著智能移動終端的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在學習方式（U-Learning）逐步在各類課程教學中得到應(yīng)用。泛在學習隨時隨地的特性使得學習方式具有學習時間零散、學習內(nèi)容碎片化的特點。微課的碎片化、形式多元化、移動性等特點正符合泛在學習時代課程教學的需求，泛在微課環(huán)境下的自主學習已成為一種新的趨勢，也為教學方式的改革迎來新的契機。

《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》是電子信息工程專業(yè)的重要課程。通過該課程的學習，使學生轉(zhuǎn)變《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的電路設(shè)計思維，掌握自上而下及從不同層次來設(shè)計數(shù)字電路的方法。利用QUARTUSⅡ軟件對實體進行設(shè)計，最后載入芯片完成設(shè)計。

傳統(tǒng)的《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程教學環(huán)節(jié)由獨立的理論、實驗、課程設(shè)計構(gòu)成。本文對課程教學的改革進行了研究，基礎(chǔ)知識利用泛在微課進行學習，課堂上進行項目設(shè)計，實施一體化教學。一體化的教學模式打破了傳統(tǒng)教學各環(huán)節(jié)的獨立性。通過任務(wù)驅(qū)動，使學生在設(shè)計項目的過程中掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計的基本知識與基本技能，進而有效提升學生設(shè)計創(chuàng)新能力，提高教學質(zhì)量。

二、泛在微課環(huán)境構(gòu)建

（一）學習環(huán)境構(gòu)建

當代大學生普遍習慣使用微博及微信進行互相溝通交流?？梢酝ㄟ^微博及微信構(gòu)建具有持續(xù)性、即時性、交互性、情景性和易獲取性的泛在微課環(huán)境。在此環(huán)境中能夠私聊、多人群聊、互相評論，進行交互式自主學習。學習資源可相互共享并重復(fù)使用，自由選擇學習時間、學習地點，自由選擇所需的教學PPT、微課、習題等各類教學文件，做到無縫學習。豐富的聲音，圖片，視頻等學習內(nèi)容，能夠有效的激發(fā)學生的學習興趣。

（二）學習資源構(gòu)建

泛在環(huán)境的學習資源是整個學習系統(tǒng)的核心部分，為保證教學效果，應(yīng)搭建全面立體的學習資源。學習資源的主要構(gòu)成有：（1）知識點列表及關(guān)系圖，學生通過該文檔應(yīng)對本門課程的整體知識點構(gòu)成及相互關(guān)系有所了解，了解課程的重難點，方便自主選擇所需內(nèi)容進行學習。（2）微課，對基本語句語法、常用的簡單模塊、綜合應(yīng)用項目的設(shè)計思路制作微課，以供學生自主學習?；菊Z句語法是整個學習過程的重要基礎(chǔ)，而學習過程卻較為枯燥，所以該部分的微課制作顯得尤為重要，應(yīng)充分應(yīng)用新軟件、新技術(shù)、新思路，把枯燥的語句語法知識點設(shè)計成形象生動、形式多樣、易被學生接受的微課視頻，充分調(diào)動學生的學習興趣。課程環(huán)節(jié)必須完整，包括相應(yīng)的學習目標、應(yīng)用情境、示范、歸納與小結(jié)。（3）綜合設(shè)計項目，緊密結(jié)合當前行業(yè)需求與知識點的綜合應(yīng)用設(shè)計多層次的項目練習，進一步提高學生的綜合設(shè)計能力，項目難度不一，學生可根據(jù)自我需求選擇適合設(shè)計項目，形成完整的知識體系。（4）相關(guān)教學文件，包括教學PPT課件、教學大綱、授課計劃、習題、拓展資料等。讓學生了解課程的學習要求及學習安排，有利于自我安排學習進度，按需學習。

三、一體化教學改革

（一）改革的必要性

隨著PLA和FPGA芯片技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子、通訊等領(lǐng)域的產(chǎn)品中。自動控制、電信工程、移動通信類企業(yè)都急需數(shù)字邏輯電路的分析設(shè)計型人才。當前，國家正在推進部分地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，在此新形式下，本科院校有必要開展一體化教學模式改革，增強學生工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

傳統(tǒng)教學模式一般先講授VHDL語言的語法及語句結(jié)構(gòu)，學習過程較為枯燥泛味，然后學習使用QUARTUSⅡ軟件進行常用組合邏輯電路及時序邏輯電路的設(shè)計，最后進行1到2個完整數(shù)字系統(tǒng)的整體設(shè)計。教學模式中理論與實驗相分離，實驗項目簡單且與當前行業(yè)需求結(jié)合不夠。大多數(shù)的VHDL類教材在前面章節(jié)也會列舉較多的語句及關(guān)鍵詞，學生在學習過程中會覺得知識點較多且關(guān)聯(lián)度不高，導致在學習基本語法時積極性不高，失去了學習興趣，影響整體教學效果。

QUARTUS II支持.VHD或.BDF文件作為頂層文件。文本及模塊的編譯都必須符合IEEE標準，有規(guī)范的操作流程。只有通過一體化教學，當QUARTUS II提示錯誤，無法成功編譯，不斷進行調(diào)試，最終成功編譯，通過開發(fā)板或?qū)嶒炏淠軌蛲侥軌蚩吹筋A(yù)期結(jié)果。能夠強化學生的認知，這樣的教學效果僅僅通過理論教學是無法達到的。

傳統(tǒng)考核方式一般為筆試，總評成績由筆試、實驗、平時等各項成績構(gòu)成。這樣的考核模式下，筆試成績往往占據(jù)了總評成績的較大比例。學生在學習過程中固然會更重視理論知識的學習，但往往會忽略動手能力的提高，違背了培養(yǎng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)應(yīng)用型人才的教學目的。

（二）教學內(nèi)容的改革

VHDL語言雖然語句語法較多，但在實際應(yīng)用時只有一些常見語句，沒有必要先期學完所有語句語法再進行模塊或項目設(shè)計，只需使學生明白一個完整設(shè)計實體的基本結(jié)構(gòu)即可。完整的語句語法知識適用生動的微課形式以供有需要的學生在泛在環(huán)境中自主學習。通過一體化教學將淡化基礎(chǔ)語句語法的學習，重點分析設(shè)計思路，而且學習的理論知識可以通過開發(fā)板或?qū)嶒炏漶R上得到實際驗證，有利于調(diào)動學生的學習興趣，激發(fā)學生自主進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的積極性。

課堂上采用一體化的教學模式，通過驗證型項目和綜合設(shè)計型項目，引導學生以完成項目設(shè)計為目的進行有效的學習。驗證型項目有多路選擇器、N位全加器、M-N編碼器、N位乘法器、移位寄存器、七段譯碼顯示等。完成若干個驗證型項目后，學生應(yīng)該掌握設(shè)計實體的常用語句及基本結(jié)構(gòu)，能夠從不同層次用多種設(shè)計結(jié)構(gòu)及不同的頂層文件實現(xiàn)簡單的數(shù)字邏輯功能。轉(zhuǎn)變前期課程《數(shù)字電子技術(shù)》自下而上設(shè)計數(shù)字電路的思維模式，利用VHDL語言自上而下進行編程，載入芯片實現(xiàn)不同的邏輯功能，設(shè)計數(shù)字電路時不必過多考慮硬件條件。例如：多路選擇器要求用并行WHEN ELSE語句從輸入輸出關(guān)系、邏輯操作符從內(nèi)部結(jié)構(gòu)、串行IF語句從輸入輸出關(guān)系3種描述方法進行編程，經(jīng)過編譯、仿真、引腳配置，最后載入FPGA芯片，驗證邏輯通能；編碼器的設(shè)計包括4-2編碼器、8-3編碼器、16-4編碼器、譯碼器。

綜合設(shè)計型項目有：LED點陣控制器、電子密碼鎖、LCD顯示驅(qū)動、數(shù)字頻率計、VGA彩色圖像顯示控制、步進電機PWM控制、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計、函數(shù)信號發(fā)生器等。教學重點不再是基礎(chǔ)的編程及設(shè)計實體的結(jié)構(gòu)，而是整體設(shè)計項目及拆分項目，將復(fù)雜項目分解為一個個簡單模塊。例如：電子密碼鎖分解為消抖、數(shù)碼管顯示、譯碼、分頻、數(shù)據(jù)選擇器、計數(shù)器等模塊；函數(shù)信號發(fā)生器分解為定制ROM、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較器等模塊。LED點陣控制器分解為4位2進制計數(shù)器、掃描、點陣顯示控制等模塊。通過綜合設(shè)計型項目的學習，學生可以加強鞏固前期所學基礎(chǔ)知識及自主學習所需要的語句和調(diào)用模塊，將這些知識點融為一體，綜合應(yīng)用，學會創(chuàng)新思維。教學過程中，學生是設(shè)計主題，教師幫助學生在泛在微課環(huán)境下學習前期基本知識，提供設(shè)計思路，幫助解決設(shè)計過程中學生的疑問。

（三）考核方式的改革

新的考核方式為現(xiàn)場設(shè)計項目，主要考察學生工程應(yīng)用能力?？傇u成績依據(jù)平時成績和現(xiàn)場設(shè)計項目成績綜合評定。平時成績由考勤、學習態(tài)度、課堂項目練習等構(gòu)成?，F(xiàn)場設(shè)計項目隨機抽取或教師指定，在規(guī)定時間內(nèi)完成，主要考核學生程序編寫能力及編譯仿真、對項目的分析能力及設(shè)計思路、硬件調(diào)試及實現(xiàn)。平時成績中的課堂項目練習在總評成績中所占比重也較高，在課堂教學中，對每一次學生的項目練習情況均做登記，最后匯總，由此引導學生注重日常實踐經(jīng)驗的累計。

三、結(jié)束語

泛在微課環(huán)境能夠培養(yǎng)學生的自我學習意識，獲得自我發(fā)展，是真正以學生為中心的、自主的、個性化的學習。一體化教學模式讓學生在不同的任務(wù)驅(qū)動教學中，將各自獨立的知識點逐步融會貫，綜合應(yīng)用，最終形成數(shù)字邏輯電路，完成設(shè)計任務(wù)。培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高學生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)出更符合行業(yè)需求的高素質(zhì)人才，為高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)發(fā)揮了有效保障的作用。一體化教學模式的改革對教師也提出了更高要求，需不斷加強業(yè)務(wù)水平，更好的為教學服務(wù)，實現(xiàn)教學共長的正向激勵、良性循環(huán)。

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1671－5993（2017）03－0068－03

2017-07-01

江西省教育科學"十三五"規(guī)劃2016年度課題（編號16YB146）；九江學院校級教改項目（項目編號：XJJGYB-17-05；XJJGYB-16-14；XJJGYB-15-13）

陳棟（1982-），男，江西九江人，碩士，講師，研究方向：電子教學及教育信息化。曾偉（1984-），男，江西吉安人，博士，講師，研究方向：電子教學及教育信息化。