李曉輝 程鴻 張艷

摘? ? 要：文章面向新工科建設(shè)需求，將以學(xué)生為中心的教育理念貫穿教學(xué)全過(guò)程，構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合、課堂教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)相結(jié)合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究相結(jié)合的“四結(jié)合”課程體系，建立新工科背景下以“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”國(guó)家級(jí)一流本科課程為核心的全方位資源共享課程平臺(tái)。將理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合，通過(guò)“傳統(tǒng)教學(xué)+信息技術(shù)+口袋實(shí)驗(yàn)室仿真”教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式、個(gè)性化學(xué)習(xí)，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法，以及教學(xué)評(píng)價(jià)與實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了改革和探索。

關(guān)鍵詞：新工科；“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程；課程體系；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2023）12-0052-03

一、引言

新工科是新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育改革方向，其目標(biāo)為培養(yǎng)一大批引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程技術(shù)人才，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供智力支持和人才保障[1-2]。

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本器件和基本方法，討論邏輯電路的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程[3]。安徽大學(xué)“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程為首批國(guó)家級(jí)一流本科課程。課程組以教學(xué)改革和科學(xué)研究為載體，按照新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證需求，將理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合；將數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法納入教學(xué)內(nèi)容；將教師科研成果、工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入教學(xué)，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法，以及教學(xué)評(píng)價(jià)與實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了改革和探索。

二、建設(shè)內(nèi)容

（一）優(yōu)化課程體系

將以學(xué)生為中心的教育理念貫穿教學(xué)全過(guò)程，構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合、課堂教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)相結(jié)合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究相結(jié)合的“四結(jié)合”課程體系。理論與實(shí)踐相結(jié)合：在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，面向工程實(shí)際，充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的作用，提升學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握程度。教師講授和學(xué)生討論相結(jié)合：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。課堂教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)相結(jié)合：課堂教學(xué)主要解決高階內(nèi)容，低階內(nèi)容由學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究相結(jié)合：發(fā)揮科學(xué)研究的反哺作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

（二）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造融為一體的理念，結(jié)合課程特點(diǎn)，全過(guò)程、全方位（課內(nèi)、課間、課外；講授、討論、作業(yè)）融入社會(huì)責(zé)任感，馬克思主義方法論、實(shí)踐觀等思政元素，建立課程思政案例庫(kù)，使學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)中塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。在教學(xué)案例、仿真驗(yàn)證、課外作業(yè)及教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)討論等環(huán)節(jié)中融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生不斷探索、追求真理和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感[4]。

例如，在邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)過(guò)程中，教師結(jié)合實(shí)際工程需求，引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，一定要在思維和方法上由簡(jiǎn)切入，關(guān)注問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要從全局出發(fā)，處理好整體和局部的辯證統(tǒng)一關(guān)系，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)化，以此培養(yǎng)學(xué)生的哲學(xué)思維，使學(xué)生樹(shù)立整體觀和全局意識(shí)。由邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)引伸到工程系統(tǒng)的優(yōu)化，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在滿足綜合性能的前提下，工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮系統(tǒng)的冗余性，在保證性能的前提下進(jìn)行化簡(jiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。在計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)中，為達(dá)到邏輯設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)，有可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)器不能自啟動(dòng)的現(xiàn)象，如果要求首先保證自啟動(dòng)功能時(shí)，則需要犧牲邏輯電路的最簡(jiǎn)。因此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，分析計(jì)數(shù)器不能自啟動(dòng)的原因，修改邏輯設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的自啟動(dòng)功能。同時(shí)，教師應(yīng)要求學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和工作中，一定要抓住問(wèn)題的主要矛盾，做到主次有序。當(dāng)前，學(xué)生的首要任務(wù)就是認(rèn)真學(xué)好專業(yè)知識(shí)，提高自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)建設(shè)國(guó)家打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

面向新工科建設(shè)需求，突出科研對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用，增強(qiáng)課程內(nèi)容的廣度和深度，培養(yǎng)學(xué)生深度分析、解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維[5]。教師將工程實(shí)際項(xiàng)目?“智能交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)”作為教學(xué)案例，引入到計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，案例涉及傳感器、人工智能等交叉學(xué)科，適應(yīng)新工科建設(shè)需求，體現(xiàn)內(nèi)容的高階性和創(chuàng)新性。實(shí)踐證明，教師將承擔(dān)的科研項(xiàng)目引入教學(xué)，能夠使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

教師應(yīng)注重教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，將科技前沿、學(xué)術(shù)研究、工程實(shí)踐等最新研究成果和技術(shù)引入課程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神。例如，教師可將數(shù)字電子與模擬電子的融合芯片、5G通信電路等數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的前沿成果引入教學(xué)，使學(xué)生了解、掌握數(shù)字電子技術(shù)的最新知識(shí)和發(fā)展動(dòng)態(tài)。

（三）重組教學(xué)方法

強(qiáng)化知識(shí)、能力和素質(zhì)的有機(jī)融合，以提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題為主線，將教學(xué)安排分為課前預(yù)習(xí)、課中講授討論、課后拓展3個(gè)環(huán)節(jié)，做到課前有準(zhǔn)備、課中有突破、課后有思考。結(jié)合學(xué)生已掌握的知識(shí)、學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力，教師可從以下2個(gè)方面來(lái)分階設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。

1.知識(shí)點(diǎn)分階。由易到難，將知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容分成低階內(nèi)容和高階內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)自學(xué)即可掌握的知識(shí)點(diǎn)為低階內(nèi)容，如基本邏輯運(yùn)算、集成電路芯片的功能介紹等；需要更深層次的學(xué)習(xí)才可掌握的知識(shí)點(diǎn)為高階內(nèi)容，如基于中規(guī)模時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。

2.理論和實(shí)踐分階。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)和實(shí)踐情況將教學(xué)內(nèi)容分為理論模塊和專題案例模塊，針對(duì)組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路分別設(shè)置專題，由學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)完成。采用混合式教學(xué)方法，低階內(nèi)容由學(xué)生利用線上網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師全程關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并給予必要的指導(dǎo)。對(duì)于學(xué)生沒(méi)有掌握的知識(shí)點(diǎn)，教師將在線下教學(xué)時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行重點(diǎn)講解。

教師通過(guò)“傳統(tǒng)教學(xué)+信息技術(shù)+口袋實(shí)驗(yàn)室仿真”教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式、個(gè)性化學(xué)習(xí)。教師利用課程組和電子儀器公司合作開(kāi)發(fā)的“數(shù)字電路口袋實(shí)驗(yàn)

室”（自制教具），在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果的演示，同時(shí)，選定若干作業(yè)由學(xué)生課后完成，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于較復(fù)雜的設(shè)計(jì)題目，則需要學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)開(kāi)展研究、討論，并進(jìn)行報(bào)告和答辯。以“智能交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)”為例，教師的活動(dòng)包括提出問(wèn)題、講解原理、解答難點(diǎn)、點(diǎn)評(píng)方案和歸納總結(jié)，學(xué)生的活動(dòng)包括分析問(wèn)題、研究思考、分組討論、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、總結(jié)匯報(bào)和學(xué)生互評(píng)。教學(xué)組織形式充分體現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生為主體的思想，通過(guò)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)和多元評(píng)價(jià)，使學(xué)生深度參與課堂，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和熱情，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和思辨能力。

在新冠疫情期間，針對(duì)實(shí)踐活動(dòng)不易開(kāi)展的現(xiàn)實(shí)情況，教師采用Multisim軟件仿真方法幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和驗(yàn)證。教師通過(guò)共享屏幕、直播討論等方式，遠(yuǎn)程指導(dǎo)學(xué)生在Multisim軟件中進(jìn)行邏輯電路的設(shè)計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師注重學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，引入實(shí)際工程中環(huán)境對(duì)電路的影響，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，并修改、完善設(shè)計(jì)方案，最終得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐觀念和發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力。

（四）重建課程評(píng)定方式

根據(jù)課程特點(diǎn)，制定課程考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)及權(quán)重以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程考核包括平時(shí)成績(jī)、期中考試和期末考試等環(huán)節(jié)（表1）。建立多重教學(xué)效果反饋機(jī)制，通過(guò)作業(yè)、課堂提問(wèn)、課間答疑、討論答辯及網(wǎng)絡(luò)交流等途徑，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，保證教學(xué)質(zhì)量。

（五）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

將實(shí)驗(yàn)課程統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)安排，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程模塊化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次化、培養(yǎng)模式多樣化、教學(xué)手段現(xiàn)代化、教學(xué)方法多元化[6-7]?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要采取現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)的實(shí)踐教學(xué)方式；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要采取開(kāi)放式自主實(shí)踐教學(xué)方式；創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)主要采取學(xué)生自主選題、導(dǎo)師課外輔導(dǎo)的研究式教學(xué)方式；工程性實(shí)驗(yàn)主要采取分段式和開(kāi)放式教學(xué)模式，即在確定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行開(kāi)放式實(shí)踐。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段上，采用仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，充分利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。要求學(xué)生至少掌握一種仿真軟件的使用方法，在實(shí)驗(yàn)中充分而靈活地應(yīng)用仿真軟件，做到“軟硬”結(jié)合，掌握數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)“二個(gè)轉(zhuǎn)變”“一個(gè)提高”，即實(shí)現(xiàn)由基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)向創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，進(jìn)而提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

充分依托綜合性大學(xué)文化優(yōu)勢(shì)，將大學(xué)生科技活動(dòng)延伸至課堂教學(xué)，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。按照“學(xué)科競(jìng)賽與學(xué)術(shù)活動(dòng)相結(jié)合、科技創(chuàng)新與科研實(shí)踐相結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化與育人成才相結(jié)合”的原則，開(kāi)展以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為目標(biāo)的科技創(chuàng)新活動(dòng)及工程應(yīng)用研究，使學(xué)生系統(tǒng)掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中選題、立項(xiàng)、方案論證、電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測(cè)試、總結(jié)報(bào)告、文檔整理等環(huán)節(jié)的功能和要求，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造力。

（六）注重資源建設(shè)

依托“電子線路和電子技術(shù)課程群”國(guó)家級(jí)虛擬教研室平臺(tái)，發(fā)揮安徽大學(xué)所屬華東地區(qū)教研室的優(yōu)勢(shì)，突出安徽大學(xué)“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”虛擬教研室的特色；創(chuàng)設(shè)雙向共建虛擬教研室的組織形式，構(gòu)建新工科背景下以“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”國(guó)家級(jí)一流本科課程、省級(jí)精品課程、省級(jí)精品資源共享課程和省級(jí)大規(guī)模在線開(kāi)放課程示范項(xiàng)目為核心的全方位資源共享課程平臺(tái)。虛擬教研室成員發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，拓展課程素材，豐富課程資源，協(xié)同共建教學(xué)大綱、知識(shí)圖譜、教學(xué)視頻、電子課件、習(xí)題試題、教學(xué)案例等教學(xué)資源，形成以“立德樹(shù)人為根本、智慧平臺(tái)為載體、校際合作為途徑、示范引領(lǐng)為目標(biāo)”的“四位一體”虛擬教研室。教研室成員共同編寫(xiě)的“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程教材已被安徽大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、華東師范大學(xué)等10余所高校選用，得到了師生的一致好評(píng)。新編教材《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》被教育部高等學(xué)校電工電子基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)評(píng)為推薦教材。

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程已建有教學(xué)大綱、教案、課件、習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)、課程思政案例庫(kù)和優(yōu)秀課程設(shè)計(jì)論文庫(kù)及全部課程視頻資源，使學(xué)生能夠最大限度地利用學(xué)習(xí)資源，開(kāi)展自主學(xué)習(xí)?！皵?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程教學(xué)平臺(tái)已上線國(guó)家高等教育智慧教育平臺(tái)和學(xué)銀在線平臺(tái)，目前，國(guó)內(nèi)已有多所高校的1 500 多名學(xué)生在線學(xué)習(xí)和交流。

三、結(jié)束語(yǔ)

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐表明，堅(jiān)持以學(xué)生為中心的理念，將新工科建設(shè)要求貫穿教學(xué)全過(guò)程，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力得到有效提升，實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神得到全面提高，形成了適合學(xué)科特色和學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)模式。思想政治教育與專業(yè)教育有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生在潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的知識(shí)學(xué)習(xí)中形成了正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，自身的知識(shí)、能力和素質(zhì)得到發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)。

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收稿日期：2023-03-28? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2023-04-19

作者簡(jiǎn)介：李曉輝（1961—），男，安徽合肥人，安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授，博士，研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“基于多學(xué)科交叉復(fù)合的新工科集成電路與系統(tǒng)專業(yè)及學(xué)科探索、建設(shè)與實(shí)踐”（E-06-2018019）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目“電子線路系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（2019jxtd0）、“‘?dāng)?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)大規(guī)模在線開(kāi)放課程”（2019MOOC028）