任務驅動式教學法在“電路與數字邏輯”課程中的應用

薛玉利+孫艷+唐艷

摘 要： 針對電路與數字邏輯課程實踐性較強的特點，采用任務驅動式的教學方法。教師設計與實際生活聯系緊密的任務，在該任務的驅動下，指導學生分析任務的功能，劃分功能模塊，引導學生查找資料、分析并設計方案、選擇元器件、制作調試，通過實際問題的解決培養學生的動手能力，激發學習興趣。這種開放性、創新性的教育方法，克服了傳統教學法的弊端，有助于培養學生的工程應用能力，提高學生分析問題、解決問題的能力，同時培養了團隊合作的精神。

關鍵詞： 任務驅動； 電路與數字邏輯； 任務型教學； 傳統教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）06-61-03

The application of task driven teaching method in the course of circuit and digital logic

Xue Yuli， Sun Yan， Tang Yan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Key Laboratory of Information Security

and Intelligent Control in Universities of Shandong， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of strong practicality of the circuit and digital logic course， the task driven teaching method is adopted. Teachers design the task of real life closely related， and with the driving of task， guide students to analyze the function of task and divide the function modules， guide students to search for information， analysis and design， select components， fabricate and debug； by solving the practical problem， cultivate students' practical ability and stimulate their interest in learning. This education method of openness and innovation overcomes the disadvantages of traditional teaching methods， contributes to the cultivation of the application ability of students， improve students' ability to analyze and solve problems， and cultivate team spirit of cooperation.

Key words： task driven； circuit and digital logic； task driven teaching； traditional teaching

0 引言

“電路與數字邏輯”是計算機科學與技術專業的一門學科基礎課，在整個課程體系中占有重要地位[1]。該課程理論知識點多，涉及到的邏輯門電路、觸發器、時序邏輯電路、脈沖波形的產生與整形等內容較難理解，初學者無法實現思維的轉變，從而在做實驗時一籌莫展。傳統的教學一般由教師循序漸進地講授知識點，以小型簡單的例子來加深學生的理解，這種教學方法的不足之處在于：學生在學習過程中只是掌握一些零散知識點的應用，沒有建立起系統的思維方式，因此，在應用知識時缺乏整體感[2-3]。

本文探討在“電路與數字邏輯”課程中應用任務驅動教學法，在教學過程中，教師設計與實際生活聯系緊密的任務，在該任務的驅動下，指導學生分析任務的功能，劃分功能模塊，引導學生查找資料、分析并設計方案、選擇元器件、制作調試，在這一系列的實際工程體驗活動中增強對所學知識的理解，獲得較強的動手能力和設計制作電路的能力。

整個教學過程由任務驅動，以學生為主體，注重學生實踐能力的培養，同時注重團隊協作、小組間有效溝通等綜合職業索質的培養。學生在教師指導下完成一個任務的分析、設計、實現全過程。這種開放性、創新性的教育方法，克服了傳統教學法的弊端，有助于培養學生的工程應用能力，提高分析問題、解決問題的能力，同時培養了團隊合作精神。

1 任務驅動式教學法的特點

1.1 教學內容的重組

在教學中使用任務型教學法，首先要把理論知識進行模塊化分解，合理劃分成若干知識單元，以滿足任務實施的需要[4-5]。“電路與數字邏輯”課程在開始的章節主要講述了數字邏輯基礎，其中一部分內容學生在之前的“計算機文化基礎”課程中已經學過，所以可以將這部分內容適當簡化。邏輯代數的基本概念、公式和定理，邏輯函數的各種表示方法和化簡，半導體二極管門電路和CMOS、TTL門電路，這一部分中公式化簡和分立元器件門電路在實際應用中已趨于淘汰，可以根據組合電路的設計需求重點學習邏輯代數的基本概念、卡諾圖化簡、各種表達方式的相互轉換，并將其作為一個任務，引導學生掌握電路的各種表示方法之間的轉換，通過電路仿真軟件Multisim的使用，讓學生對電路的軟件仿真有一定的理解。組合邏輯電路的分析與設計，包含多種集成芯片的功能分析、使用與設計，可以分解為若干個任務，利用編碼器、譯碼器、數據選擇器、加法器和數值比較器等多種中規模芯片完成實際組合電路的設計與制作。觸發器和時序邏輯電路的分析與設計，可以分解為多個任務，利用觸發器、計數器和移位寄存器等集成芯片完成實用時序邏輯電路的設計與制作。脈沖波形的產生與整形電路和模數數模轉換電路，可以分解為若干個綜合設計型任務，切實提高學生解決問題的能力。

1.2 教師角色的轉換

任務型教學法強調學生在教學過程中的主體地位，教師由知識傳授者轉變成一名向導，引導學生搜集資料、自主學習、小組討論，激發他們學習的主動性和創新的設計思維[6]。集成電路種類繁多，在電子設計中不可避免的會用到不曾接觸過的集成電路，因此需要培養學生閱讀集成電路數據手冊的能力。教師以某個集成電路芯片為例，引導學生學會查看集成電路的功能表，理解集成電路完成的功能，注意不同型號集成電路性能指標的區別，進而選擇合適的芯片完成設計。

1.3 理論與實踐相結合。

在日常生活中尋找設計任務，比如交通燈的控制、流動文字顯示、數字顯示溫度計等，從身邊有趣的題目入手，可以增強學生對所學知識的興趣，提高其學習積極性，不會產生所學知識與生活脫節的感受。對于較難理解的知識點，鼓勵學生搭建驗證性電路，觀察電路的運行狀態，思考為什么會出現這種結果，加強對知識點的理解。

1.4 被動學習轉變為主動學習

在任務型教學法中， 為了完成任務，學生必須主動查找資料，主動思考解決問題的辦法，與小組成員討論完成電路設計。在教師的指導下，學生自主完成電路的制作與調試，遇到電路故障，需獨立思考問題，觀察實驗現象，運用儀器儀表來檢查出現某種現象的原因以及解決辦法。這種任務式教學方法，大大提高了學生的學習興趣，使得學生由過去的被動學習轉變為主動學習，提高了該課程的學習效果。

這樣，學生在明確目標的任務驅動下，將所學理論知識與生活實際問題聯系起來，對所學知識點能夠靈活運用，通過分析、設計、制作、調試電路，這個過程中，學生通過小組成員合作，共同完成一個綜合任務，過程中可以互相討論、有效溝通，既學到知識，又學會獨立思考、與人溝通、分析策劃、動手操作，不但可以將所學零散的知識點串聯起來，還可以提高團隊協作、溝通能力、創新能力、解決復雜問題的能力，學生可以逐漸成長為應用技術型人才。

2 任務驅動式教學法的實施

任務驅動式教學法需要對課程的基礎性實驗、綜合設計性實驗和提高發揮性實驗，分別分配一定比例的課時，教學過程包括任務分析、設計制作、成果展示幾個階段。

首先對全班學生進行分組，根據學生自愿的原則，每組3人，盡量使各個小組的總體能力相當，每個成員輪流擔任組長，負責電路總體設計、小組成員之間任務分配、與教師溝通和成果展示等。

⑴ 分析任務。任務來源于實際生活，教師負責指導學生分析任務，明確需要哪幾個功能模塊實現該任務，針對涉及的知識點，引導學生查閱資料自學。教師可以將本任務的實物教具示范給學生，讓學生對任務的基本功能有直觀的了解。

⑵ 設計制作。根據所作的任務分析，小組成員查閱資料、制定方案、設計電路。首先使用電路仿真軟件進行電路功能仿真；然后組長對成員分配功能任務，在實驗室小組成員自主完成電路制作和調試，教師在旁邊進行指導。遇到電路問題時，應充分利用儀器儀表，耐心檢查，可尋求教師幫助，還可以上網查閱解決問題的方法，這樣能鍛煉學生的動手能力和解決電路故障的能力，進而提高學生的專業技能。

⑶ 成果展示。任務完成后，由小組長負責成果展示，將電路設計過程、制作中遇到的問題及解決方法與同學分享，在查閱資料過程中學習了哪些新的知識，實現結果與設計期望有哪些不同的地方。這個過程可以讓學生加深對理論知識的理解，同時鍛煉了表達能力，學生之間可以取長補短，對設計進行改進，有利于培養學生的創新意識和創新能力。針對每個小組的實際電路設計和成果展示，教師和其他小組共同給作品打分，作為一次實驗成績。

成立電子協會，開展第二課堂作為該課程的有力支撐。電子協會可以組織學生走進電子市場，了解市場上不同功能芯片的價格，然后查看它們的性能，對芯片的性價比做到心中有數，在實際設計電路時才能選擇最適合的芯片去完成設計。以協會為載體，教師帶領學生開展實用的設計項目，鼓勵部分優秀的學生設計、制作和調試實用的電子產品，培養學生的團隊協作能力和創新精神，增強學生理論聯系實踐的能力。通過校級電子設計競賽，篩選出優秀的學生，參加國家級的電子設計競賽，充分發揮學生的自主學習能力和創新性，讓高一屆的學生帶動低一屆學生，能力強的帶動能力弱的，形成互幫互助、共同成長的氛圍，增強學生的專業興趣，提高專業技能。

3 結束語

通過在計算機專業學科基礎課“電路與數字邏輯”中引入任務驅動式的教學改革，從生活中的實例入手，帶動理論的學習和電路的設計制作，大大提高了學生的學習效率和興趣，培養其獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。通過對一個完整任務的分析、設計和實現，學生獲得了滿足感和成就感，從而激發了他們的求知欲望，形成一個學習的良性循環。通過小組討論和分工合作，增強了學生的團隊合作意識。這種開放性、創新性的教育方法，克服了傳統教學法"只見樹木，不見森林"的弊端，有助于培養學生的工程應用能力，提高學生分析問題、解決問題的能力。

實踐證明，任務驅動型教學法把理論教學和實踐教學有機地結合起來，其實質是追求探究式學習，學生處于積極的學習狀態，每位學生根據個人對任務的理解，查閱資料，將所學知識和自學知識融合提出方案、解決問題，課堂教學過程充滿了民主和個性，課堂氛圍真正活躍起來。學生在學習過程中提高了學習興趣，從被動學習轉變為主動學習，學生提出問題、分析問題和解決問題的能力得到提高，專業技能也迅速提高。

參考文獻（References）：

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[4] 吳游.任務驅動教學法在數字電子技術課程中的探索和設

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[6] 杜秀麗，李曉梅，張瑾.基于項目教學法的數字電子技術教學

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