基于自主學習的項目驅動法在數字邏輯實驗教學中的應用

方愷晴 錢彭飛 劉峰 徐成 張洪杰

摘要：以數字邏輯實驗課為例，探討一種基于自主學習、自主實驗的項目驅動法，介紹其理念、自制實驗設備、實驗組織及指導方法、實驗教材及實驗內容（含詳細的實驗指導運行圖）、綜合實驗項目驅動管理方法、考核評價體系、，

關鍵詞：數字邏輯實驗；自主學習教學模式；項目驅動法；便攜式實驗設備；考核評價體系

引 言

數字邏輯實驗是為數字電路與邏輯設計獨立開設的實踐課，它的教學直接關系到學生對其理論課知識的掌握，關聯到后續重要專業課程計算機組成原理、ASIC電路設計、微計算機系統等的學習，因此數字邏輯實驗課的重要性不容置疑。

1 基于自主學習的項目驅動法理念

自主學習模式堅持的理念是以學生做為主，教師干預為少，以應用為本，讓學生寓學于做。該模式依托自制便攜式教學實驗板，以項目為驅動，精編涵蓋認知型、設計型和綜合型實驗的指導教材，以學生為主體，鼓勵學生在實驗內容上進行自主創新而不局限于實驗教材。讓不同層次的學生不受時間、地點、設備的限制，將傳統硬件實驗環節延伸到實驗室之外的普通場所，讓學生實驗在內容、時間、空間上可自主進行，教師集中管理、答疑，建立合理的考核與評價體系，考核注重的是實驗過程中學生自主性、知識運用能力與探索思考能力，并從知識、能力和態度3方面對學生進行全面考核評價。

2 基于自主學習的項日驅動法的教學研究

2.1 自制便攜式實驗板

利用信息學科的特點，我們針對教學內容，為學生設計了低成本、攜帶方便、具備完成實驗或創新設計內容要求的教學實驗板。該實驗板下載、通信與供電僅需一條UBS線，方便用戶隨時隨地與筆記本相連使用；平臺小巧輕便，面積比2張銀行卡還要小（約為12×8CIT12），操作簡單、實用，成本低，可滿足學生人手一臺的需求，打破了傳統EDA實驗箱體積大、成本高、尤法人手一臺的格局，為學生自主實驗并學習數字邏輯等硬件類課程提供了充分的實驗條件。

2.2 實驗組織及指導方法

依自主學習教學理念，強調學生自主學習并掌握基本知識的同時挖掘其研究與創新潛力，在教學實施過程中以少講多做為原則，鼓勵學生以強帶弱，互幫互助，每班按強弱搭配原則分為6～7個大組，每個大組推選一名能力較強且負責的同學為組長，周末任課教師抽時間集巾輔導各組組長，組長負責協助教師指導并督促組員按時按質按量完成實驗任務。課堂上教師只是針對性、啟發性地講解部分內容，學生按照給定的要求完成實驗，教師配合測試嚴格驗收。實驗過程以綜合實驗項目貫穿整個學期，提前安排學生查閱資料并以小組形式確定項目（綜合實驗任務）一繪圖描述項目要點一討論分析并完善一制定工頁目計劃（相互討論）并開題匯報一實施一中期檢查（互評）一實施一最后驗收、展示、答辯、互評。

整學期實驗堅持以教師為主導，學生為主體的原則，擺脫學生依賴老師的慣性。為他們提供寬松的實驗條件，讓學生有充分自主權，啟發他們主動去發現問題、解決問題，分析實驗中出現的各種現象，評價實驗結果的可靠性。

2.3 實驗教材與實驗內容制定

實驗教材是依據10多年的實踐教學研究總結歸納并重新整合編寫而成的。遵循項目驅動的自主學習教學理念，實驗項目依據課程理論知識與最新應用技術而設計，并將學生應掌握的知識點與最新技術、實驗方法糅合到各個實驗中。針對不同生源的預期效果，靈活搭配，制定服務于不同層次學生的實踐教學計劃。項目之間因相互銜接，知識點可多次嵌套運用。這樣學生依次完成實驗，將聽讀學到的知識運用到實踐中從而達到寓學于做的做中學效果。教材《計算機硬件技術基礎實驗教程》于2012年3月由清華大學出版社出版發行。

詳細的實驗指導見表1，學生依據運行表按要求完成任務。

2.4 綜合實驗項目驅動管理方法

本期實驗是以綜合實驗項目驅動貫穿整個學期。首先，開課第一周教師花一次課的時間要學生以小組形式并結合他們各自經歷參與討論，給其講述項目的本質與特征、項目為本的學習特點、項曰的計劃與實施、學生做項目常見弊端、項曰完成過程中經歷的幾種處境、項目選題、設計項目活動與資源分配等問題。讓學生對最后的綜合實驗項目從實驗開始就關注、查資料、思考。其次，把做綜合實驗項目常需用到的特定模塊以及用Quartusll軟件進行設計的多種實驗方法穿插于各個分實驗，每次實驗都以組長帶動組員的形式完成，每周末集中各組組長輔導答疑，并提前驗收組長的實驗，以便下次課上組長能協助教師輔導組員掌握并盡快完成實驗；答疑輔導階段給予學生綜合實驗項目選題幫助并關注其進展，時時督促；實驗中期抽時間讓各組組長登臺匯報各自的選題情況，指導各組組長有效地安排和管理各組成員的任務；后期則是各組組長有序組織組員按各自進度完成設計、調試并記錄日志；最后一周安排各班各組答辯與驗收。整個實驗過程，我們是以自制便攜式實驗平臺為依托，從第一周開始學生就可借用此便攜板.方便學生在課堂以外使用與學習，從而激發學生的自主創新能力，以引導學生迅速入門并順利開展實驗教學活動。

2.5 基于自主學習的項目驅動法的考核評價體系

考核評價體系是自主實驗教學的重要研究部分，前面做得再好，落實不到位，只能讓少數學生受益而達不到預期效果。引導、鼓勵能對想學的自覺學生發揮作用，但很多學生仍缺乏主動性，惰性思想較重，因此如何落實實驗教學各環節、如何監督到位、檢查到位是一個重點研究內容，工作開展如下。

（1）在自主實驗教學模式下，對學生日常實驗活動開展調查，分析在實驗教學活動開展過程中，學生、教師所扮演的不同角色，組織教師和學生分別對實驗教學各個環節進行討論，參考計算機與電子類專業的實驗教學大綱，探討在學生自主實驗、教師集中管理的新模式下如何制定實驗考核評價方案。

（2）通過針對性較強的教學案例的引導和自主實驗教學活動的開展，從實驗開展、答疑及考核問答等各個實驗環節對學生的自主性和將知識運用于實踐的能力進行綜合評價，避免了傳統實驗以實驗報告和出勤為主的單一考核方式，有利于培養學生解決實際問題的能力。

（3）整個學期的實驗過程中穿插2次測試，重點測試實驗最重要的2個基本技能，FPGA設計的5個基本流程及仿真基本技能，確保每位同學都掌握。

本期實驗考核具體內容如下：

（1）總成績（100%）=平時成績（40%）+綜合實驗（30%）+測試（30%）：

平時成績：綜合考核實驗預習、實驗操作、課堂表現、實驗驗收、文檔報告的實驗過程情況。

（2）綜合實驗考核流程及評分標準：

第一項：主持人宣布開始。

第二項：推選兩位同學為唱票以及計票員。

第三項：分組報告，抽簽決定匯報順序。

各小組投影選題報告，每位成員均須匯報個人工作（舉例說明：什么情況下，什么任務，解決方法成效），不匯報者作自動棄權處理。

作品演示（視頻）。

第四項：投票互評。

投票環節：每個小組總共可以對表現最好的3個組投票，投票目標不能重復，不能多投不能少投，否則投票作廢。老師兩票，進行不記名投票。

互評環節：全班每位同學對印象最深的一組或題目寫其可借鑒之處和課程意見。

第五項：唱票計票，公布“小組票數匯總表”，上交“互評表”。 收集小組資料（匯報PPT、作品演示視頻、工程文件），由班長或學習委員收齊之后上交。

最后評分以得票情況為標準，參考如下：

得票數由高到低排序，票數最高者五票及以上得分為30，4票得分為25，3票得分為21，2票得分為18，1票及以下得分為12。

針對自主實驗教學模式建立合理的評價體系，注重實驗過程中學生是否正確運用基礎知識及學生的探索思考能力，從知識、能力和素質3個方面對學生的自主實驗進行全面的考核評價，盡可能以科學合理考核評價體系對學生自主實驗進行考核，從而最大化挖掘其潛能。

3 結語

本期實驗教學圓滿完成，很欣慰看到學生積極參與整個實驗環節并在最后綜合實驗項目答辯中的精彩表現。課程結束后我們進行了問卷調查，學生普遍認為這門實驗課把新技術以及各種實驗方法糅合到各個小實驗項目中，內容由淺人深，而以學生為主的寓學于做的自主學習法讓學生真正在每次實驗中掌握了新方法，每完成一次實驗都非常有成就感，而項目驅動法的綜合實驗項目從頭到尾的貫穿吸引著他們一步步深人直至最終圓滿完成。當最后調試出各自的選題設計時，那種喜悅的心情無法用言語表達；學生反映這門實驗課是他們投入最多，印象最深，學到的知識與實驗方法最多、最牢的一門課。提高了他們對理論課的興趣，加深了對理論的理解；同時也提高了分析問題，解決問題的能力。總之，學生感覺這門實驗課收獲很大，鍛煉了他們的實踐動手能力，培養了獨立思考及相互協作的能力。正如大多數同學說的那樣：“認真投入了這門實驗課才體會到從實踐中學知識的樂趣?！?/p>