“數(shù)字電路與邏輯設計”課程立體化教學改革研究

逄珊　楊欣毅

[摘 要]針對“數(shù)字電路與邏輯設計”的課程教學方式較為單一，理論與實踐脫節(jié)，學生學習積極性不高等問題，可以借鑒先進的CDIO工程教育理念，從課程教學資源建設、教學方法和課程考核方式改革等幾個方面論述了對課程進行立體化教學改革的具體措施，以提高學生學習的積極性和主動性，改善教學效果，探索培養(yǎng)具有現(xiàn)代創(chuàng)新思維卓越工程人才的立體化教學模式。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電路 邏輯設計 CDIO 教學方法

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）03-0132-02

“數(shù)字電路與邏輯設計”是電子電氣信息類等專業(yè)電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的專業(yè)基礎必修課程，服務于電氣自動化、電子科學與技術(shù)、電子信息與智能檢測、通信與信息系統(tǒng)等學科，是一門重要的技術(shù)基礎課，對實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)目標具有承上啟下的關(guān)鍵作用。然而目前該課程教學模式與信息專業(yè)快速發(fā)展的要求相脫節(jié)；課程教學內(nèi)容偏重理論分析，教學方式較為單一，以課堂講授為主。部分學生感到本課程學習內(nèi)容枯燥無味，接受知識被動。很多學生僅僅把應付考試而不是應用知識作為課程學習的目標，結(jié)果導致即使考試成績不錯，許多學生對數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成、設計、生產(chǎn)等流程依然不甚了解，無法做到學以致用，限制了課程對學術(shù)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵作用的發(fā)揮。

針對這一現(xiàn)狀，本文借鑒國外先進的CDIO工程教育理念，遵循“首要教學原理”，提出“數(shù)字電路與邏輯設計”立體化教學改革方案：通過設定工程化培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容的體系層次化建設、改進教學方法和手段、改革考核方式等措施，提高學生自主性和獨立性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，探索培養(yǎng)具有現(xiàn)代創(chuàng)新思維卓越工程人才的立體化教學模式。

一、立體化課程教學資源建設

（一）課程教學內(nèi)容的體系化、層次化建設

“數(shù)字電路與邏輯設計”的知識點很多，學生在初學時往往難以抓住課程思路主線，容易失去學習的動力和積極性，因此要特別重視教學內(nèi)容的體系化。

對于理論教學內(nèi)容，可以通過設計“脈絡圖”或“層次結(jié)構(gòu)圖”的形式把課程的主要內(nèi)容及其應用、發(fā)展形象的表示出來。在每章節(jié)內(nèi)容學習之前都要強調(diào)所學內(nèi)容在整個課程體系的位置，從而使學生深入理解數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展歷程、知識構(gòu)成體系和各種有價值的應用，從而調(diào)動學生的學習興趣，提高學習的積極性。

其次，根據(jù)學科發(fā)展，對課程的內(nèi)容不斷進行更新和優(yōu)化設計，建立由簡單到復雜、由基礎到綜合的循序漸進的教學內(nèi)容體系，從而讓學生逐步理解和掌握課程的內(nèi)容體系。

（二）多維立體化課程教學平臺建設

除了基本的課程教學內(nèi)容建設外，還應該充分利用各種網(wǎng)絡技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)手段建設多維度立體化的課程教學平臺，依托教學平臺進一步提高課程的教學效果。

課程的立體化教學平臺的建設，應體現(xiàn)以學生為本的指導思想，將教材、教案、多媒體課件、教學錄像、試驗指導、試題和試卷庫等各種形式的教學資源進行優(yōu)化組合，以提供多維度開放性的教學環(huán)境。學生可以通過平臺進行教學內(nèi)容的預習，并可下載教學內(nèi)容和相關(guān)資料，作業(yè)可以通過平臺提交，教師可以進行在線作業(yè)批改、成績統(tǒng)計，為學生的課外學習提供了很好的網(wǎng)絡課堂，從而使課堂在時間和空間上得到有效拓展。

二、立體化課程實驗體系建設

（一）構(gòu)建“基礎實驗”、“大型實驗”和“綜合型實驗”三個層次的實驗教學內(nèi)容

基礎層次的教學包括電路基礎實驗和模擬電子基礎實驗內(nèi)容，目的是培養(yǎng)學生的基本實驗技能，及其基本分析和解決問題的能力，采取分組的實驗方法，保證每個學生都有機會實際操作，動手練習；大型實驗層次主要是模電大型實驗，教學目的是培養(yǎng)學生獨立分析、處理問題的能力，鼓勵創(chuàng)新思維，促進知識更新，讓學生在系統(tǒng)分析、設計與應用上有所提高，采取的教學方法是由學生在規(guī)定范圍內(nèi)自主選題，在實驗室自主完成，一人一組；綜合提高型層次開設的是電子系統(tǒng)設計與實踐實驗，教學目的是讓學生綜合運用前面各實驗層次所學到的專業(yè)知識和工程技能，面對較大規(guī)模的電子系統(tǒng)進行設計分析，培養(yǎng)學生自主學習、創(chuàng)新、系統(tǒng)分析、設計與應用的能力，此層次的實驗教學結(jié)合電子設計競賽等課外科技活動進行，采取的教學方法是在指導教師的輔導下，在開放式的實驗環(huán)境中，經(jīng)過需求分析、資料查詢、方案論證、設計調(diào)試、測試分析等過程，最后完成課題。

（二）實驗教學內(nèi)容的動態(tài)更新和優(yōu)化

根據(jù)學科發(fā)展，對實驗教學內(nèi)容不斷進行更新和優(yōu)化設計：設計一些跨課程的實驗項目，建立由簡單到復雜、由基礎到綜合的循序漸進的實驗教學內(nèi)容體系，從而逐步培養(yǎng)學生動手實踐能力和創(chuàng)新精神。如：在基礎層次的數(shù)電實驗環(huán)節(jié)可以進行計數(shù)器、數(shù)字鐘等基于MSI的驗證和設計性實驗，在數(shù)電大型實驗中可以讓學生進行基于VHDL的QuatusII數(shù)字鐘設計，并下載于FPGA芯片，使學生對SOC有最基本的認識，在綜合提高型實驗中又可以讓學生用單片機系統(tǒng)完成同樣的設計。

三、基于CDIO理論的教學方法改革

CDIO工程教育理念是麻省理工學院和瑞典皇家學院等四所大學工程教育改革的成果。CDIO分別代表構(gòu)思 （Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）。CDIO理念倡導工程教育從科學向工程回歸，以工程和生產(chǎn)設計環(huán)節(jié)為核心，讓學生主動地、實踐地學習。“首要教學原理”是當代美國著名教授Merrill博士提出的教學理論，認為學習者只有處于五項情境之中，才能促進學習。CDIO理念與“首要教學原理”相輔相成。在教學方法上面，主要從以下幾個方面入手進行改革。

（一）建立新型的多層立體授課體系

根據(jù)CDIO能力培養(yǎng)大綱，“數(shù)字電路與邏輯設計”課程的教學體系可以設計為課堂教學、試驗教學和創(chuàng)新應用的層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

按照圖1所示的課程授課體系，通過在課堂教學、試驗教學和創(chuàng)新應用三個不同層次上的教學和實踐，能夠在讓學生充分掌握理解所學知識的基礎上，達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力、自學能力、綜合能力、團隊合作精神的課程教學目標。

（二）遵循CDIO理念，增加教學的引導性、開放性和前瞻性

CDIO理念倡導以應用環(huán)節(jié)為核心，讓學生主動實踐地學習。教學的引導性就是課堂教學以應用中的問題為起點，引導學術(shù)思考，組織教學內(nèi)容。開放性指的是針對問題，采用啟發(fā)式教學，讓學生列舉和搜索多元化解決方案，不拘泥于教材示例。前瞻性是指通過教師展示數(shù)字技術(shù)新的思想、最新的科研成果，讓學生思考技術(shù)的發(fā)展趨勢和未來的核心技術(shù)。

四、課程考核方式改革

CDIO模式是能力本位的培養(yǎng)模式，與知識本位的培養(yǎng)模式是有本質(zhì)區(qū)別的。CDIO標準要求采用有效的方法來衡量學生的基本個人能力和人際合作能力、產(chǎn)品和系統(tǒng)構(gòu)建能力以及學科專業(yè)知識。在對課程內(nèi)容進行優(yōu)化整合以后，建立了新的教學評價體系，細化了課程考核方法，加大了平時考核力度，將一次考核變?yōu)槿炭己耍⑶以陂_學之初就向?qū)W生公布課程考核辦法，使學生在學習的過程中有明確的努力方向。課程的考核成績包括：課堂回答問題的情況、作業(yè)完成的質(zhì)量、實驗項目完成的質(zhì)量、期末試卷得分情況，同時對于一些在實驗項目中有突出表現(xiàn)的團隊和個人給予加分。

五、總結(jié)

本文針對現(xiàn)有“數(shù)字電路與邏輯設計”課程教學過程中存在的種種問題，借鑒CDIO工程教育理念，從課程教學資源建設、教學方法和課程考核方式改革等幾個方面論述了如何對課程進行立體化教學改革的具體措施。筆者所研究立體化教學改革不是某個教學環(huán)節(jié)的獨立改變，而是教學內(nèi)容、教學手段、教學方法和考核方式等整個教學過程的立體化變革。以先進的教學理論引導課程教學改革，必將激發(fā)學生學習的興趣與熱情，消除學生對學習的乏味感和知難感，使其主動、積極地投入課程的學習和實踐中去，從而提高教學效果，為專業(yè)基礎課程的教學探索出一種新模式，實用性強，具有重要推廣價值。

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[6] 逄珊，楊欣毅.《電路與電子學》實驗課程建設的探索與實踐[J].教育教學論壇，2013（12）.

[責任編輯：鐘 嵐]