《數字電路與邏輯設計》教學改革探索

晏中華 黃超意 謝應濤 黎淼 王華東 周圍

【摘要】本文針對《數字電路與邏輯設計》課程在教學中目前存在的主要問題進行歸納分析，提出從教學內容、教學方式以及考核方式三個大的方面來進行教學改革，從而激發學生的學習熱情，提高學生學習興趣以及實踐動手能力，以便為理工科后續專業課程的學習打好堅實的基礎，同時，探索新工科人才培養的具體實施方式。

【關鍵詞】新工科 ?數字電路 ?教學改革

【基金項目】該論文受重慶郵電大學電子科學與技術“重慶市大數據智能化類特色專業建設項目”（ZNTSZY-4）、重慶市高等教育教學改革研究項目（193108）、重慶郵電大學教育教學改革項目（XJG19207）以及重慶郵電大學國際化教育研究項目（GJJY19-2-13）資助。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）29-0094-02

一、引言

近些年來，隨著電子信息技術的不斷發展，社會各個行業對電子信息類人才的需求量也在不斷增加，同時，對于人才素質的培養也提出了更高的要求。高等院校作為人才輸送的主要來源，其首要任務就是要為社會培養高素質人才。《數字電路與邏輯設計》課程作為高校通信、電子、自動化、計算機等大部分理工科相關專業的核心專業基礎課，學生對于該課程的理解、掌握程度直接影響到其后續相關專業課程的學習[1-2]。然而目前，隨著新的培養方案的制定，課程學時與教學量的安排相應減少，如何優化教學內容以提升教學效率，成為該課程教學改革中需要首先解決的問題。同時，《數字電路與邏輯設計》是一門理論性與實踐性都很強的課程，通常來講，其教學計劃都會涵蓋課堂理論教學與實驗室實踐教學兩個環節。而理論與實驗教學通常分別由不同的老師負責，這可能會導致兩門課程教學進度的不一致，出現理論課程與實驗課程脫節的情況，從而影響課程的教學效果。再者，教學方式比較單一，以教師課堂講授為主，學生學習態度比較被動，無法做到學以致用[3-4]。基于此，本文將從教學內容、教學方式以及考核方式等方面提出一些課程改進的方向。

二、教學改革具體舉措

（一）教學內容的改革

《數字電路與邏輯設計》課程主要包括數字邏輯基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、集成觸發器、時序邏輯電路、半導體存儲器和可編程邏輯器件、數模和模數轉換以及脈沖單元電路等。其中，組合邏輯電路和時序邏輯電路的分析和設計方法仍然是本課程的教學重點。而在教學內容上，需要簡化對各類器件復雜的內部電路結構的分析，突出闡述其外部特性，邏輯功能等，從而使學生能夠利用各類器件進行數字電路的邏輯設計。同時，考慮到學生已經先修過“大學計算機基礎”等相關課程，對于數制和編碼的概念已有一定的了解，因此，在數字邏輯基礎這部分內容中減少對數制和編碼的介紹，而重點介紹邏輯代數中的邏輯關系及運算，邏輯代數的相關規則，以及邏輯函數的表示和化簡方法。邏輯門電路和集成觸發器分別為組合邏輯電路和時序邏輯電路打下器件基礎，其主要內容與模擬電子技術課程有一定的重復，因此，在本課程的教學過程中簡單介紹，主要介紹器件的開關特性和實際應用。脈沖單元電路章節只進行基本原理和外部特性的介紹，重點講述由555定時器所構成的應用實例。對于工程性較強的半導體存儲器和可編程邏輯器件在后續的FPGA等相關課程中會進一步學習，因此，在本課程中只做簡要的介紹。數模和模數轉換器在后續課程“單片機原理”中會進行介紹，所以在本課程中不再作為教學內容。在課程的理論教學過程中除了對理論知識的學習，還可以將Quartus仿真軟件運用于理論課堂教學中。通過先講解理論知識，再通過Quartus軟件進行仿真驗證，從而加深學生對所學知識的直觀理解，提高學生的學習興趣[5]。

《數字電路與邏輯設計》課程是注重實踐應用的，因此，除了理論課的教學內容改革外，在實驗教學方面，也需要做出改革。而過去傳統的《數字電路與邏輯設計》實驗課程主要是以驗證數字電路性能為主，其目的更多的是為了配合理論教學，鞏固學生在課堂上學習的理論知識，同時，也具有一定鍛煉學生動手能力的作用。但是，這種驗證性的實踐課程不能有效鍛煉學生實際應用數字電子技術的能力。因此，為了充分發揮學生的主觀能動性，可以考慮引入以創新性小型科研項目為驅動的實驗課程改革[3]。從而，極大程度地提高學生的動手實踐能力。

（二）教學方式的改革

當前，高等學校的教學方式已經完全由多媒體教學代替了傳統的板書教學的方式。顯然，多媒體教學具有很多的優勢，比如其能夠生動形象地表示真值表、電路圖、波形圖以及狀態轉換圖等，其內容和表述方式更加靈活多樣。同時，多媒體教學能夠節省很多板書所需要的時間，在相同的時間內，可以講解更多的教學內容。然而，現在的大學生是在互聯網時代成長起來的一代，從小到大所接觸的信息非常廣泛。目前，單純的多媒體教育教學方式已經不能完全滿足時代的需求，學生上課的興趣和注意力也正在逐步地減弱。因此如何采用更加有效的互動式學習，充分吸引學生注意力成為教學方式改革的主要內容。

基于此，針對手機終端不斷普及的現在，可以充分利用手機終端實現教師和學生之間的互動，如采用雨課堂，麥可思助教系統等，充分利用互聯網下的信息優勢，將課堂上學生單純的被動式接收知識的方式轉變為學生參與、老師與學生互動學習的方式，從而有效地提高學生的課堂參與度，解決目前教學方式單一而枯燥乏味的問題。

不僅如此，還可以完成對學生課前預習、課后復習等相關過程的監控，實時了解學生的學習動態。并通過預先設置一些與課程相關的話題或問題，引導學生進行相關問題的討論，從而最大限度地激發學生的學習興趣，形成良好的師生互動氛圍。另外，除了教授課程的知識外，教師平時還可以多收集整理關于數字電子技術發展相關的科學研究進展等，并將其合理地融合到本課程的教學過程中，以擴展學生的視野，提高學生的思辨能力。

（三）考核方式的改革

課程的考核方式對于課程具有重要的導向和質量監控作用[6]。目前，多數理論課的考核方式主要以期末考試成績為主，這種只注重結果而忽視過程教育的考核方式，存在較大的偶然性和不可預知性，不能全面地反映學生的學習過程，同時也很難調動學生上課的積極性，存在考前突擊復習的問題。為改變此現狀，根據《數字電路與邏輯設計》課程的特點，可以從多形式，多階段對考核方式進行改革。首先，考核的形式可以多樣化，開展包括筆試、隨堂測驗、設計報告等多種形式的課程考核。其中，筆試即是課程最終的期末考試;隨堂測驗即在課堂內進行課堂討論以及小測試等;設計報告包括每次實驗課的實驗報告、階段考核設計報告以及綜合設計報告。其次，加強學生學習過程的考核也是相當重要的。針對《數字電路與邏輯設計》課程而言，傳統的考核方式完全由期末考試成績決定，這不利于對學生學習過程的管理，也不利于掌握學生階段性的學習成效。因此，考核方式也需要進行合理的改革。應該合理分配平時成績和考試成績的比例，加強對學生學習過程的管理，如平常成績和期末考試成績各占50%。而其中平時成績可由20%課堂表現+40%隨堂測驗+40%課后作業及討論構成;而考試成績可由20%的期中成績+80%的期末成績構成。通過這樣的階段成績，一方面可以不斷地反饋出學生的學習狀態，適時地調整教學方式方法;另一方面，加強學生的出勤率和課堂參與度的考核，提高課堂教學的效率。同時，也能突出過程考核的重要性，從而使課程成績能夠更加公平、公正、且全面地體現學生的學習效果與能力。同時，為了開闊學生的視野，提高學生的創新實踐能力，鼓勵學生組隊參加各級各類的數字電子技術方面的科技競賽或申報大學生創新創業訓練項目，并對競賽獲獎和項目獲批的同學給予一定的課程加分[7]。

三、結語

本論文針對《數字電路與邏輯設計》課程目前在教學過程中存在的不足，分別從教學內容、教學方法和考核方式等方面對理論和實驗教學進行了教學改革的初步探索。并開展了教學改革和教學實踐，學生的成績和學習積極性均得到相應的提高。從而，為理工類相關專業的后續專業課程的學習打好堅實的基礎。同時，本論文以《數字電路與邏輯設計》課程為基礎，探索了新工科人才培養的具體實施方式。

參考文獻：

[1]王毓銀.數字電路邏輯設計（第3版）[M]. 高等教育出版社. 2018

[2]李曉輝.數字電路與邏輯設計（第2版）[M]. 電子工業出版社. 2017

[3]郭祥.數字電路與邏輯設計課程教學改革的探索[J]. 智庫時代. 2018（143）： 209+214

[4]陳嵐，李曉輝.“數字電路與邏輯設計”課程教學改革初探[J].科技創新導報. 2018（27）：218-219

[5]呂思忠.數字電路實驗與課程設計[M]. 哈爾濱工程大學出版社. 2008

[6]楊春雨，魏白光.建立過程性評價與終結性評價相結合的課程考核改革的探索與實踐[J].吉林化工學院學報.2013（10）： 72-73

[7]張霞，張麗果，李立珺.數字電路與系統設計基礎課程改革的探索與實踐[J].中國現代教育裝備.2018（11）：52-54