基于雨課堂的《數(shù)字邏輯》課程混合式教學(xué)研究

孫琦 常麗東 葛雯

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110136）

0 引言

《數(shù)字邏輯》是計(jì)算機(jī)學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握數(shù)字邏輯電路的基本概念和分析設(shè)計(jì)方法。將由門電路構(gòu)成邏輯部件的“經(jīng)典方法”作為一種基本技能訓(xùn)練，并加強(qiáng)以全加器、譯碼器、多路選擇器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等中小規(guī)模邏輯器件來(lái)構(gòu)成更復(fù)雜的數(shù)字邏輯部件的分析與設(shè)計(jì)方法的訓(xùn)練，進(jìn)而掌握數(shù)字系統(tǒng)單元電路的邏輯功能。培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的能力，為計(jì)算機(jī)組成原理、EDA 基礎(chǔ)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。本課程理論體系嚴(yán)密，邏輯性強(qiáng)，有著廣闊的工程應(yīng)用背景，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的辨證思維能力，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)觀點(diǎn)以及提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力都有著重要作用。

雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同研發(fā)推出的新型智慧教學(xué)工具，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果。在《數(shù)字邏輯》課程的混合式教學(xué)中，利用雨課堂平臺(tái)能夠連接教師和學(xué)生的智能終端，借助于PPT 和微信，將課前—課上—課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗(yàn)。操作簡(jiǎn)單、使用方便，在課堂教學(xué)與課外預(yù)習(xí)之間建立溝通的橋梁，快捷方便的實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)背景下的線上線下混合式智慧教學(xué)，使師生之間實(shí)現(xiàn)多元化的實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，能夠?yàn)椤稊?shù)字邏輯》課程的教學(xué)過(guò)程提供完整立體的全周期數(shù)據(jù)的支持。

1 開課前的教學(xué)準(zhǔn)備

開課前建立課程的師生交流群，參照《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)大綱，在師生交流群提前上傳課程的電子版教材、教學(xué)課件、課程說(shuō)明等相關(guān)資料，并提醒學(xué)生及時(shí)下載保存，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程順暢。在電腦端安裝雨課堂，手機(jī)端通過(guò)微信關(guān)注公眾號(hào)，創(chuàng)建課程班級(jí)，邀請(qǐng)學(xué)生加入，指導(dǎo)學(xué)生熟悉雨課堂平臺(tái)的操作使用。開課前和學(xué)生共同進(jìn)行雨課堂的各項(xiàng)常用功能測(cè)試、直播測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)異常預(yù)案的測(cè)試，對(duì)課程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和各種突發(fā)狀況做好準(zhǔn)備，也使學(xué)生熟悉了授課的流程及注意事項(xiàng)。

2 基于雨課堂的理論教學(xué)

（1）課前。采用雨課堂提前推送課前導(dǎo)學(xué)課件，利用學(xué)堂在線的優(yōu)秀視頻資源，并輔以相關(guān)測(cè)試題引導(dǎo)學(xué)生觀看學(xué)習(xí)，隨時(shí)查看所有學(xué)生的導(dǎo)學(xué)學(xué)習(xí)情況。例如課前推送的關(guān)于電子技術(shù)發(fā)展的視頻資源，生動(dòng)形象的介紹了電子器件的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)此視頻的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠回答測(cè)試題：模擬電路用連續(xù)的模擬電壓值表示信息，而數(shù)字電路用一個(gè)離散的電壓序列來(lái)表示信息。通過(guò)查看學(xué)生的作答情況了解到學(xué)生對(duì)于這部分內(nèi)容掌握的較好，則此部分內(nèi)容在課堂上就可以做總結(jié)講解。每次上課的前一天，在課程的師生交流群中發(fā)送上課提醒，督促大家做好上課準(zhǔn)備，及時(shí)完成導(dǎo)學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)[1]。

（2）課上。在授課過(guò)程中，根據(jù)雨課堂平臺(tái)中學(xué)生對(duì)課前推送導(dǎo)學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握情況，在課堂授課過(guò)程中針對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的講解。在授課過(guò)程中開啟雨課堂直播，使雨課堂的授課內(nèi)容在課后可以無(wú)限次回看。整個(gè)授課過(guò)程中始終開啟彈幕，實(shí)時(shí)通過(guò)彈幕注意學(xué)生聽(tīng)課時(shí)的狀態(tài)，通過(guò)學(xué)生發(fā)送的彈幕和互動(dòng)提高學(xué)生在課程上的參與度。通過(guò)隨機(jī)點(diǎn)名提問(wèn)和課堂測(cè)試掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，積極與學(xué)生進(jìn)行交流溝通。例如在講授二進(jìn)制數(shù)時(shí)，學(xué)生發(fā)彈幕提問(wèn)：什么樣的“0”不能抹去？這個(gè)問(wèn)題會(huì)引起其他同學(xué)的疑問(wèn)，也是接下來(lái)要講解的重點(diǎn)內(nèi)容，起到了引入后續(xù)教學(xué)內(nèi)容的作用。例如在講解移位寄存器時(shí)，設(shè)置測(cè)驗(yàn)題：一個(gè)4 位的移位寄存器，現(xiàn)態(tài)為0000，如果串行輸入始終為1，則經(jīng)過(guò)4 個(gè)移位脈沖后，寄存器的內(nèi)容是什么？通過(guò)學(xué)生的作答情況第一時(shí)間了解學(xué)生是否真正掌握數(shù)據(jù)的移位過(guò)程，掌握學(xué)生對(duì)移位寄存器的學(xué)習(xí)情況[2]。

（3）課后。授課結(jié)束后，根據(jù)雨課堂推送的課后小結(jié)，詳細(xì)了解本次課的到課率、優(yōu)秀學(xué)生和預(yù)警學(xué)生、課堂測(cè)試作答數(shù)據(jù)、學(xué)生的不懂反饋以及互動(dòng)詳情等。精準(zhǔn)掌握本次授課的課程數(shù)據(jù)，為平時(shí)成績(jī)的評(píng)定提供了依據(jù)，針對(duì)預(yù)警以及不懂反饋的學(xué)生可以通過(guò)課程交流群或私信等進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)。課后在課程的師生交流群中與學(xué)生進(jìn)行及時(shí)的溝通交流和答疑，耐心細(xì)致地回答學(xué)生的問(wèn)題，督促學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程。了解學(xué)生對(duì)于授課的建議，進(jìn)一步完善授課內(nèi)容和授課方式。

3 基于雨課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用和理論教學(xué)相同的方式，同樣按照課前—課上—課后的環(huán)節(jié)進(jìn)行。課前采用雨課堂提前推送實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)課件，主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)元器件清單以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等。針對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生完成理論設(shè)計(jì)，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并設(shè)置問(wèn)題讓學(xué)生思考。例如八路彩燈控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置問(wèn)題：555 定時(shí)器采用何種電路形式能產(chǎn)生脈沖信號(hào)？如何實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的周期可調(diào)？電路有幾個(gè)狀態(tài)？計(jì)數(shù)器應(yīng)設(shè)計(jì)成多少進(jìn)制？如何實(shí)現(xiàn)八路彩燈的依次點(diǎn)亮到全部熄滅？譯碼器的使能端是高電平有效還是低電平有效？通過(guò)這些問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行思考，從而得出電路的原理框圖，對(duì)設(shè)計(jì)電路有了明確的思路。這個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有助于挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。

課前做好充分的準(zhǔn)備后，課堂上就可以進(jìn)行更為有效的實(shí)驗(yàn)操作。在實(shí)驗(yàn)課堂可以讓學(xué)生們自行組隊(duì)，例如3 人一組進(jìn)行討論交流，分享實(shí)驗(yàn)的體會(huì)和收獲，討論實(shí)驗(yàn)中所遇到的問(wèn)題和解決方法等。這種方式有助于加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)互助精神，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。課后要求學(xué)生利用雨課堂平臺(tái)以主觀題的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，教師在雨課堂平臺(tái)進(jìn)行批改并進(jìn)行課程數(shù)據(jù)的下載統(tǒng)計(jì)，為實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)定提供了依據(jù)，給實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的評(píng)定帶來(lái)了極大的方便。

4 課程考核

以往有部分學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)散漫，不重視課程平時(shí)的學(xué)習(xí)，只是為了應(yīng)付考試在期末考試前抓重點(diǎn)，進(jìn)行突擊復(fù)習(xí)。這部分學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性不高，學(xué)習(xí)效果不理想。為了改變這種情況，學(xué)生成績(jī)以期末考試卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)綜合評(píng)定。其中期末考試卷面成績(jī)滿分100 分，占課程總成績(jī)的70%，主要考核學(xué)生對(duì)數(shù)字邏輯電路的基本概念、基本理論、基本電路、基本分析和設(shè)計(jì)方法等的理解和掌握程度。考試形式為閉卷考試，教考分離。平時(shí)成績(jī)滿分100分，占課程總成績(jī)的30%，平時(shí)成績(jī)根據(jù)課前導(dǎo)學(xué)學(xué)習(xí)情況、作業(yè)情況、出勤情況、課堂測(cè)驗(yàn)情況、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等綜合評(píng)定[3]。

在課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，每節(jié)課的導(dǎo)學(xué)測(cè)驗(yàn)題成績(jī)會(huì)折算計(jì)入到平時(shí)成績(jī)，在以后的授課過(guò)程，可以根據(jù)實(shí)際情況增加導(dǎo)學(xué)測(cè)驗(yàn)題的比例，適當(dāng)減少作業(yè)量。在課中學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，每節(jié)課的出勤簽到情況、答疑情況、優(yōu)秀學(xué)生和預(yù)警學(xué)生情況統(tǒng)計(jì)、課堂測(cè)試作答數(shù)據(jù)、學(xué)生的不懂反饋以及互動(dòng)詳情等也會(huì)計(jì)入到平時(shí)成績(jī)。在課后學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，為了全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，按照課程進(jìn)程以及教學(xué)內(nèi)容安排三次階段性測(cè)驗(yàn)。利用雨課堂平臺(tái)推送試卷，題型包括填空題、選擇題和主觀題等，要求學(xué)生限時(shí)作答，三次階段性測(cè)驗(yàn)成績(jī)會(huì)計(jì)入到課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)。

例如在時(shí)序電路中常用的中規(guī)模器件內(nèi)容授課完畢后，設(shè)置階段測(cè)驗(yàn)題：用計(jì)數(shù)器芯片74LS161 和必要的門電路設(shè)計(jì)一個(gè)十三進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖以及邏輯電路圖，并標(biāo)出進(jìn)位輸出端。部分學(xué)生反映學(xué)過(guò)時(shí)序電路的設(shè)計(jì)后會(huì)按照給定的步驟進(jìn)行常用計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，但對(duì)于為什么要采用與非門？輸入端的個(gè)數(shù)如何來(lái)判斷？為什么要利用置零端或者是預(yù)置端？如何實(shí)現(xiàn)的置零或者是預(yù)置功能？初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)如何來(lái)選擇？部分學(xué)生對(duì)此一知半解。針對(duì)學(xué)生的階段測(cè)驗(yàn)作答，錄制測(cè)試題的講解小視頻，可以作為授課內(nèi)容的補(bǔ)充講解。將講解小視頻共享到師生交流群中，學(xué)生自行下載觀看，節(jié)省了習(xí)題的講解時(shí)間，提高了授課的效率，力求最大限度地把知識(shí)傳授給學(xué)生。這種課程考核方式通過(guò)課前導(dǎo)學(xué)測(cè)試督促引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過(guò)師生交流群隨時(shí)提出疑問(wèn)點(diǎn)，以便老師在輔導(dǎo)答疑以及授課過(guò)程中能夠有針對(duì)性；通過(guò)階段測(cè)驗(yàn)?zāi)軌驒z驗(yàn)學(xué)生的階段知識(shí)的掌握情況，全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整之后的教學(xué)進(jìn)度或方式。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，學(xué)生普遍認(rèn)為基于雨課堂的混合式教學(xué)方式很好，雨課堂的授課內(nèi)容可以無(wú)限次回看，師生交流群的溝通也很方便。有的同學(xué)還總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采用雨課堂網(wǎng)頁(yè)版進(jìn)行學(xué)習(xí)的效果更好。在今后的教學(xué)過(guò)程中要不斷總結(jié)混合式教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法。在老師和同學(xué)們的共同努力下，努力去探索更科學(xué)、更有效的教學(xué)模式，滿足廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。