“數字邏輯與數字系統”課程教學理念

摘 要 本文在作者多年講授“數字邏輯與數字系統”課程的基礎上，總結了對本課程的看法及在實踐中遇到、經歷的一些實際問題（包括對兄弟院校的調研），對于此課程的教學特點及對其產生影響的各個方面做了小結，并提出了在實踐中證明切實可行的一些做法與經驗，故本文是站在一個更高的層次上對相關課程教學的一種探討，而不是對某一教學內容細節的討論，作者曾就本課題在2006年“全國高校計算機專業硬件課程教學研討會”（2006年4月21-23日在清華大學召開）上作大會重點發言，博得第一線教師們的同感，并獲一致好評。

關鍵詞 數字邏輯與數字系統 基礎 核心 實驗

1 定位為基礎核心課程

“數字邏輯與數字系統”課程是計算機科學與技術專業及相關專業的基礎核心課程，首先定位要明確，對于剛入校的低年級學生來講，教師一定要有打好其扎實基礎的信心、責任與方法，教師不僅要有教好本課程的責任，還要有引導學生入門計算機科學與技術專業的方法與責任，故教人者同時兼顧著指引學習者進大門（計算機學科）與入小門（數字邏輯與數字系統）的責任。

（1）對不同的學校、專業來說，無論是硬件、軟件、應用或其他相關專業，各校有自身的基礎、底蘊，故對各專業的分類，要求會有所偏重，但“基礎”、“核心”應該不可動搖。

（2）無論是本科、專科，還是其他層次類型的學校（公辦、民辦、獨立學院、自考、函授、高職院校）都應重視本基礎核心課程的教學。

對“數字電路與數字系統”，教育部在各類相關的教學大綱中均規定為必開課程（其重要性在此也不必多說）。

2 領導的重視程度

各高校計算機院、系領導安排此課程的相對重視程度至關重要。

（1）主講教師、助教、實驗課技師要安排精兵強將。我們可比喻上課效果按下棋的段位來分，教授上課未必是九段，講師也可以是九段。即要由那些課上得棒并且有責任心的人員進行教學。

（2）有較穩定的教學、研究小組。現在較普遍的問題是有些教師搞科研或因其他原因，常常出差，出現換、停課次數較多的現象，必然影響教學效果。應該建立一些制度，如帶實驗臨時由研究生輪流帶不行；教師常出差不行；課程從頭至尾必須由固定的老師完成，不能像辦講座式地輪換人員。

（3）領導、教師、實驗技師經常要注意學生的反饋意見，隨時掌握教與學、示范與動手過程中出現的問題，并及時解決。本課程既要學理論，又要動手做實驗，各環節要環環套上。

（4）選一本恰當的教材，在充分尊重主講教師的基礎上，給予一定的把關。雖然計算機及相關專業要開設數字電路課程，但是由于不同的學校、專業的要求，著重點、學生的層次有所不同，在選擇教材時也有所區別。這里強調的是“恰當”，即適合學生的層次并經過實踐證明選用此教材達到了好的效果。比如我們南京大學計算機系選用的是由科學出版社出版的新世紀高等學校計算機專業教材系列中的《數字邏輯與數字系統》（白中英主編）教材，這是針對普通高校本科生使用的獲獎教材，經過論證和試用到正式選定使用，取得了較好的效果。

3 主講教師一定要負責

選定有豐富教學經驗的且有責任心的主講教師（同時也是相關教研小組的負責人）是關鍵的一環。

（1）主講教師要經常與實驗師、助教、學生溝通。

（2）相對來說，各角色要分工明確。

①主講教師是主線、核心隊員。

②實驗師首先要教會每個學生真正自己動手（這是一道坎，有人會用別人做好的東西去冒充，硬件上手和軟件上手不一樣，現在電腦很普及，軟件上手實踐機會多，而硬件要有相應的實驗條件提供）做好基礎實驗；其次才是誰做得更復雜、更好的問題。

③對助教主要要求他發現、總結學生作業及實驗中的問題，特別是帶有普遍性的問題。

（3）教研小組負責人對各類人員要有考核，親自與學生溝通，及時了解本教學小組成員的工作成效，比如耐心程度，對學生的態度，設備、器材的損壞率等。

（4）積極與院、系領導打交道，以便保持本課程在獲得支持、重視程度、投資更新等方面的地位。

4 結合調查意見

結合學校、教務處等有關部門對學生的教學抽樣意見調查，將本課程的得分、評價與其他課程作比較，以便相互促進、提高，本作者所主講的數字邏輯電路課程在綜合評分中總是名列前茅。本課程有自身的獨到之處，講課、實驗做得好具有得分優勢，而如果不重視實驗，做得不好結果正相反。

5 課時的安排要適當

各學校要根據自身的情況及所選用教材的建議課時，綜合考慮實際課時的確定。比如我校計算機系所選用的教材參考課時為64學時，我們認為這是最低課時數，我們是偏重軟件的學校，對于為數不多的硬件課程要保質保量，主講教師要根據情況增加課時，應在正常順序教課的基礎上，對于：（1）學生學習中存在的普遍性問題；（2）習題中帶普遍性的問題；（3）增加的某些內容、補充的典型例題等由主講教師在課堂上講效果好。另一個要注意的問題是現在普遍采用電化教育，上課放投影，教師如果不掌握好進度（往往難以掌握），學生會無所適從，應給一定時間要求學生記筆記，并給予反應上的緩沖時間。我們試過兩個班級做記筆記與不記筆記的對比，最終有一定時間記筆記的班級在學習效果、考試成績方面均優于不記筆記的班級，現在學生普遍不愿記筆記、不愿動手，這是要引起注意的一種新的惰性。

6 激發學生的學習興趣，調動其積極性

在整個教學的各個環節上要設法激發學生的學習興趣，從而調動起同學們對本課程的學習、動手作實驗的積極性。

（1）通過形象的比喻（要結合內容與進度）激發學生興趣

比如學習基本邏輯運算及電路時，將其比喻為建高樓，需要先了解磚、鋼筋、水泥等基礎建筑材料；當學生學到可以設計一些較為簡單的電路時，既要肯定又要激勵，可比喻為，你可以用磚等基礎材料搞創作了，不過還僅僅停留在搭個羊圈、蓋個馬棚的水平，必須進一步學下去；而在教材基本上講完后，可比喻為，你現在相當于可以建造人住的普通房屋了，但你要造高樓大廈，建筑精品還需努力學下去。這樣類似的比喻學生印象深，已有不止一個已畢業的學生遇見我閑談時提到教師比喻建筑之事，有的學生對我姓什么都有些模糊，但建筑之事不忘。

（2）激發學生的好勝心

現在的學生普遍好表現，好展示自己，給他舞臺，他會用十足的心思。比如講觸發器時，對主從J—K觸發器的基本邏輯圖，我對學生說，誰5分鐘看懂并能正確講給我聽就封他為高手，10分鐘看懂水平還可以，15分鐘還未看懂就別自己看了；而對維持阻塞D觸發器的邏輯圖，誰8分鐘看懂是高手，12分鐘看懂還可以，18分鐘還鬧不明白就別自己看了。

學生說他學到了相關知識，并能做題目了，我封他水平還可以；要做高手必須用盡量短的時間講得讓別人聽懂，這對教師也存在挑戰，教師自己懂的東西能否盡快讓學生也懂，這是個考驗。

（3）結合就業

告訴學生現在硬件越來越重要，其應用范圍越來越廣，就業機會和工資待遇大有提高，現各大學計算機專業畢業的學生動手能力普遍不夠，會編大型程序的人不多，會硬件設計的人就更少了，若想糧袋里的糧食多一些，那就先跟老師把數字邏輯電路這一基礎課學好。如果學生拿著自己設計的硬件作品去找工作，往往比拿一軟件作品還管用（別人一看你硬件都會設計，那么普通編程也應該沒問題）。

7 目前國內高校本門課程普遍存在的一些問題

作者經過對國內各層次的高校數字邏輯電路課程的教學、實踐及相關教材的調研，發現了一些問題。

（1）使用教材較為陳舊，講授內容缺乏時代性。

①教材不少，但更新較慢，有的教師有惰性，不愿輕意換教材或使用更新版本，這與教師太忙，學校重科研、輕教學等多種原因有關。

②出版社與作者對如何更新已有版本的教材缺少溝通。比如涉及到報酬如何算等問題。實際上如果使用同一書的更新版本，既節省教師的備課時間，又有延續性，出版社書的銷量也可以增加，這樣效果較好，所以出版社應與相關作者建立長期的合作關系。

（2）只講授“功能部件”級范圍，不涉及“數字系統”級范圍。

①與教學計劃的革新、課時安排有關。

②與主講教師、助教、實驗技師的觀念、水平的提高，知識的更新有關。

③與學校設備、器材的經費投入有關（這不完全是任課教師的問題）。

（3）不少院校將本課程交給電子系教師講授，因而與后續課程不易銜接（理論教學、實踐教學都會存在問題）。

①外系教師的責任感通常與本系教師有差別。實驗師、助教的配備也有問題，有的學校還可能是私下請的，無工作量、無考核，只給課時費了結；有的可能連實踐課內容都砍掉了。

②對不同專業的后續課，培訓人才的側重點會有較大的偏差，比如對軟、硬件設計的結合等問題。

③我們應該偏重圍繞計算機這一專門的數字系統進行研究，可稱是一種縱深研究，而電子系是一種橫向的廣泛的研究。

（4）硬件設計語言本科生采用ABEL-HDL語言較易掌握，效果較好，而用VHDL語言效果相對差些。

（5）所用實驗設備較為落后，這會涉及到經費的投入問題，有的學校微機購置了許多，而數字電路實驗設備卻很陳舊，甚至沒有。

（6）硬件課程受到擠壓，有的地方把數字電路和模擬電路課程合并，有的甚至作為講座性質或干脆砍掉不上了。這些都是有待規范、解決的問題。

總之，應在把“數字邏輯與數字系統”課程真正作為計算機專業基礎核心課的原則下，各校結合自己的情況，在教學、實踐的各個環節上引起足夠的重視，認識到基石與空中樓閣的含義，如果沒有學好先行的基礎課，那么后續的專業課也是無法學好的。

8 小結

本文是作者根據自己在多年的教學中對數字電路課程的地位、授課過程中所經歷的課程內、外的某些相關問題而進行的總結，以及一些較為成功的經驗，并提出了自己的一些獨特看法、觀點。同時對國內一些不同層次的學校作了調查、研究，借鑒了一些經驗，并指出了存在且有待克服的問題，對于那些正在講授數字電路課程的青年教師或即將講授本課程的教師是值得一讀的。作者自認為是從事計算機教育教學實踐中取得的一個小小成果，且具有普遍意義。

參考文獻

[1] 白中英. 數字邏輯與數字系統. 北京：科學出版社，2003.

[２] John M. Yarbrough 著. 數字邏輯：應用與設計.李書浩，仇廣煜等譯.北京：機械工業出版社，2000.

[３] Thomas L. Floyd 著. DigitalFundamentals (英文影印版). 北京：科學出版社，2003.

[４] J. 帕爾默，D. 帕爾曼著. 數字系統導論.陳文楷，徐萍萍譯. 北京：科學出版社，2002.