數字邏輯電路教學改革的新探索

朱慧博 史洪瑋 秦玉龍

摘 要： 文章從“數字邏輯電路”課程教學現狀出發，從加強理論教學改革、強化實踐教學、發揮現代教育技術優勢等方面，闡述了“數字邏輯電路”教學改革的新探索。

關鍵詞：計算機類；數字邏輯電路；教學改革

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）11-0073-02

當前，國家建設和區域社會發展需要高校培養大批不同類型、不同層次和不同規格的高素質應用型人才[1]，這就要求多數地方本科高校必須從學術型或理論型向應用型人才培養轉變。這是教育在經濟社會發展中轉方式、調結構的必然選擇[2]，也對高校教學方式的變革提出了新的要求與挑戰。大批以培養應用型人才為目標的本科高校如何轉變教育理念，探索新的教育模式成為當前不少專業各類課程改革的目標和導向。

“數字邏輯電路”是計算機類專業的一門專業基礎課，課程理論與實踐結合緊密，在傳統教學模式中，由于受各種因素制約，顯現出了較多問題，通過對這些問題的梳理和分析，筆者嘗試從理論教學和實踐教學兩方面入手，對教學內容和方法進行改革與探索，以期更好地配合與促進計算機類專業應用型人才的培養。

一、“數字邏輯電路”教學現狀

（一）內容冗余陳舊，教學方法單一

目前在不少以培養應用型人才為目標的高校中，計算機類專業“數字邏輯電路”課程的教學內容依然與重點本科高校相同，內容多，時代感不強，與當下電子技術的發展現狀及應用有一定的差距，更與計算機類專業的專業主干課程嚴重脫節。在實際教學過程中，這些問題使具備了一定的編程思想，思維比較活躍的計算機類專業學生產生了強烈的距離感，感覺課程內容不實用，也認識不到課程的重要性，學習興趣和積極性不高。

在教學方法上，目前絕大部分任課教師仍然以“灌輸式”為主，盡管引入了多媒體進行輔助教學，但實際上即便課件做得再精美，學生仍覺得內容抽象、枯燥乏味[3]，課堂教學效果自然大打折扣。

（二）實踐內容不豐富，考核機制不合理

目前的課內實驗，項目多為原理性或驗證性，缺乏對學生實踐應用和創新能力的培養。在具體實施過程中，由于實驗題目少，重復率高，學生相互依賴性較強，實驗結果雷同甚至互相抄襲現象較嚴重，無法調動學生的學習積極性；教師在實驗成績記載和考核方面主要依靠學生的實驗報告，很難做到真正的公平公正。

課程設計環節目前主要采用兩種方式：一是在實驗箱上用中小規模芯片搭建具有特定功能的電路；二是組裝焊接主要應用中小規模芯片的產品。雖然它們可以加深學生對中小規模芯片應用的理解，一定程度上也鍛煉了學生的電路糾錯能力，但面對日新月異的電子信息技術，如現場可編程門陣列FPGA、復雜可編程邏輯器件CPLD等的日趨成熟和廣泛應用，原有設計方式與實際工程應用脫節較為嚴重的缺點顯現無疑，其制約了思維相對活躍的計算機類專業學生的個性發展，不利于調動他們對新技術探索的積極性。

二、“數字邏輯電路”教學改革的新探索

（一）加強理論教學改革

1.加深課程認知。相比其他專業課程，計算機類專業學生普遍認為“數字邏輯電路”與自己的專業相距甚遠，重視度不夠。因此加深學生對課程的認知，是調動其學習積極性的一個重要因素。從第一節理論課就指出該課程是學習“計算機組成原理”、“微機原理與接口技術”、“嵌入式系統”等后續相關專業課程的基礎，使學生認識到課程的重要性。課堂中通過一些生動現實的例子，譬如簡單解釋公交車IC卡、各種電器中的計時、定時系統等的電路原理激發學生的學習興趣，調動學習的積極性，使學生了解到電子電路的相關技術已經影響人們生產、生活的方方面面，并且發揮著越來越重要的作用，因此學習相關理論和知識是十分必要的。

2.優化教學內容。針對計算機類專業的特點而言，教學重點應放在應用器件與設計系統方面，因此在保證課程理論體系完整和內容連貫的前提下，對理論部分進行合理取舍，強調基本器件的工作原理，重點講解器件的實際應用。在具體教學過程中，首先根據計算機類專業學生后續課程中數模互換應用較多的實際情況，將數?；Q章節作為重點內容展開講解；其次配合電子技術的迅速發展，數字邏輯器件出現可編程、高密度、高速度等特點，增添介紹目前流行的CPLD、FPGA等內容，并適當介紹硬件描述語言基礎；最后對因前導課程缺乏而導致學生晦澀難懂的“門電路”部分，可以將其放到課程最后進行簡單介紹，讓學生了解即可。

（二）強化實踐教學

1.重構實驗教學環節，創新考核機制。將實驗項目分為基礎驗證性和綜合設計性兩類。基礎驗證性實驗的主要目的是讓學生掌握芯片的基本功能及應用，主要采用相對“封閉式”的教學方式，即在規定時間內、規定實驗環境中完成。實驗項目一般是將實際芯片單片或者幾個集成芯片進行簡單連線即可得到實驗結果，對學生應用創新能力的要求較低。而對于綜合設計性實驗，教師則設計較多的題目，如：交通燈控制電路設計、廣告流水燈設計、八路鎖存搶答器設計等。實驗中將學生2—3人分為一組，采用一組一題的方法。此類實驗主要采用“開放式”教學方式[4]，不限定學生采用何種方法和芯片，只要學生在教師要求的截止時間前完成并通過考核即可。

“數字邏輯電路”實驗成績原本僅占課程總成績的20%，為增加學生重視程度，現改為一門獨立考核的考查課程。該考查課程成績由三部分構成：平時實驗成績、基礎驗證性實驗成績和綜合設計性實驗成績。其中平時成績占總成績的30%，以實驗報告、出勤和平時實驗檢查情況為評分依據；基礎驗證性實驗成績占總成績的50%，考核方式為期末統一考核，每人一組，實驗項目隨機抽??；綜合設計性實驗成績占總成績的20%，以實驗結果展示和回答教師提問等為評分依據。表1給出了基礎驗證性實驗考核的評分標準。

2.以學生為主體課程設計。在課程設計環節，以學生為本，充分發揮學生的主體作用，教師只在關鍵節點介入發揮指導作用，使學生在鞏固基礎知識的同時拓展知識結構。課程設計的選題由學生查找資料并與教師進行充分討論后確定，選題以單元電路的應用為鋪墊，強調電子系統的設計思路，并要求運用硬件描述語言設計系統。目前我們主要采用了Quartus仿真軟件，以及VHDL硬件描述語言設計并進行仿真編譯及調試，最后下載到FPGA或CPLD芯片中，用實驗箱展示硬件實現效果。由于計算機類專業的學生已經對編程語言有了較深入的了解，并具備了一定的編程思想，因此他們對于硬件描述語言的自學能力較強，接受也較快。在實際教學過程中，學生比較積極、主動，課程設計結束時，多數學生認為“數字邏輯電路”是門很實用的課程，收獲頗豐。

（三）發揮現代教育技術優勢，豐富教學手段

1.充分利用網絡課程資源。利用各類教學平臺，建設網絡課程，充分發揮和利用互聯網特性及網絡資源，展現現代教育技術的優勢。網站為學生的課前預習、課堂實驗、課后總結和課外拓展創造條件。它主要由教學信息、公共資源、練習測試、互動交流、第二課堂以及考核評價等六個模塊組成。前三個模塊主要放置任課教師簡介、教學大綱、教學課件、教學視頻、其他高校微課、MOOC的鏈接以及任務點練習等內容；互動交流模塊支持師生以及生生之間的實時、非實時交流，以拓展課程教學的時間和空間；第二課堂模塊存放以提升興趣和能力為目的的綜合實踐實訓課題，包括課題題目、相關資源推薦、課題攻關小組信息及小組成果展示等內容，模塊突破了傳統課程知識和思維的封閉性，增強了學生的學習興趣；考核評價模塊主要建立學生學習效果的評價體系，如通過統計學生完成學習任務點的情況、網絡測驗成績、解決問題的次數等綜合評價學生的學習態度和效果。

2.運用計算機輔助教學。在理論教學和實驗課預習環節中均采用EDA仿真技術，通過實例仿真的直觀演示，使學生對器件的原理和應用一目了然、印象深刻，更加有效地理解和掌握知識點，大大調動學生應用芯片的興趣和動手操作的欲望。

對于大量即將轉型為培養應用型本科人才的高等學校來說，如何構建配套的教育教學體系是一個系統工程。針對這類高校計算機類專業應用型人才的培養，本文分析了“數字邏輯電路”課程在教學過程中的一些問題，并在理論教學、實踐教學以及新的教學手段和模式上進行了一些新的嘗試和探索。從目前實際教學情況來看，改革后，學生的學習興趣和積極性得到了提高，動手和編程能力也得到了加強，在計算機類專業應用型人才方面進行了有益的嘗試。

參考文獻：

[1]吳中江，黃成亮.應用型人才內涵及應用型本科人才培 養[J].高等工程教育研究，2014，（2）.

[2]劉煥陽，韓延倫.地方本科高校應用型人才培養定位及 其體系建設[J].教育研究，2012，（12）.

[3]陳小虎，楊祥.新型應用型本科院校發展的14個基本問 題[J].中國大學教學，2013，（1）.

[4]宋國利，蓋功琪，蘇冬妹.開放式實驗教學模式的研究與 實踐[J].實驗室研究與探索，2010，（2）.