《數字電路》課程“金課”建設實踐與探索

趙國增，郭恒川

（洛陽理工學院計算機與信息工程學院，洛陽471023）

0 引言

應用型本科教育加強了實踐能力、應用能力的培養，是我國現代高等教育的一次重要突破和創新。在培養模式上，應用型本科應適合社會發展需要，培養以應用技術為主線、以綜合應用為目標的應用技術型人才。因此，課程培養方案突出以“應用”為主旨構建課程教學體系。2016 年，我校確立了應用技術本科院校的辦學定位，在專業培養方案、課程體系構建等方面應重視學生的專業技術應用能力的培養，將專業理論知識應用到實際的生產、生活中。在“淘汰水課”、“打造金課”高等教育的大環境下，專業基礎課程的建設、教育教學方法都面臨著新的挑戰。《數字電路》課程是我院計算機科學與技術、物聯網工程、通信工程等專業的必修課程，也是面向高等院校電子、電氣信息類及部分非電類專業本科生開設的一門入門性質的學科基礎課程。該課程的特點是，具有較強的理論性，同時也具有較強的實踐性和應用性[1]。因此，研究《數字電路》課程“金課”建設具有重要意思。

1 傳統教學中存在的問題

在以往的《數字電路》課程教學過程中，課程教學往往以理論教學為主，實驗教學以驗證性實驗為主。因此，教學活動的設計不適合應用型人才培養，與實際的生產、生活脫節[2]。原因如下：

（1）課程具有較強的理論性和抽象性

邏輯代數是本課程的數學工具和理論基礎，而邏輯代數強調是邏輯運算和邏輯推理能力。因此，在授課時學生重點研究其公理、定理和規則。在數字邏輯電路分析和設計中，傳統教學過度強調邏輯分析和邏輯設計的方法，研究的實例與實際問題不適應，跟不上現代生產、生活實際，缺乏與專業知識的聯系，不能理解課程在專業課程體系中的作用和地位。學生在學習時感到抽象、枯燥，不能將知識、能力和素質進行有機的結合。

（2）課程實驗不能支撐應用性人才培養目標

傳統的數字電路實驗教學中，以現有集成芯片在數字式實驗平臺上接線式完成，由于實驗擴展性不足，只能完成驗證性實驗。所以，實驗課無法滿足高層次學生的需要，不利于學生創新能力和綜合應用能力的培養。

（3）教學方法不利于創新思維的培養

傳統教學方法以“教”為主，學生被動接收，缺乏主動思考。所以，學生在課堂上無法全身心投入到學習，學習效果不好、效率低；課堂的講授只是知識的灌輸，缺少互動性，不能滿足創新思維能力的培養。

（4）過程管理不到位，考核方法單一

傳統教學方式過程不到位，最終期末成績評定一般以期末測試成績、平時成績、實驗成績按照比例綜合評定，不能客觀評價學生的學習過程效果。比如，平時成績通常以考勤、作業進行評定，其中考勤成績不能客觀評價學生知識的獲得和能力的培養；實驗成績通常以實驗報告、實驗結果為評價依據，不能客觀評價學生的動手能力、創新能力和綜合應用技術能力。

因此，通過一系列教學改革建設《數字電路》“金課”，有助于培養學生實踐能力、創新能力和綜合應用能力。

2 “金課”的建設實踐與探索

在2018 年6 月21 日的新時代全國高等學校本科教育工作會議上，陳寶生部長第一次提出了“金課”的概念，并提出對大學生有效“增負”。8 月28 日，教育部發布《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中明確指出：淘汰‘水課’、打造‘金課’，提升學業的挑戰度、增加課程難度、擴展課程深度，提高教學質量。“金課”可以歸納為高階性、創新性和挑戰度“兩性一度”的評價標準。《數字電路》課程作為計算機專業的專業基礎課程，如何打造成“金課”標準，也要綜合考慮“兩性一度”的建設標準。首先，課程的高階性。課程教學不能僅僅是知識的傳授，而應該是知識、能力、素質教育的有機結合，培養學生解決數字電路系統中復雜工程問題的綜合能力。其次，課程的創新性。不僅僅體現課程內容的前沿性和時代性，也可以體現教學方式的先進性和互動性，學習結果的探究性。挑戰度就是指課程考核要有一定的難度。針對“兩性一度”的標準，數字電路課程進行了以下教學實踐和探索。

2.1 重構教學內容

在專業基礎課的教學過程中，任課教師如何依據教學大綱、教材、課程的特點和學生的實際情況，根據教學目標對知識模塊進行篩選和重新組合，以產生新的效應場，是任課教師面臨的首要問題。隨著數字電路課程學時不斷減少，以及課程本身抽象性、理論性和應用性、實踐性矛盾不斷凸顯。因此，需要對數字電路課程教學內容進行重構，既保證專業基礎課后的繼承性，又要體現現代電子技術發展的時效性。在數字電路課程的教學上要合理取舍教學內容，把握課程重點，首先要對課程的知識模塊進行合理的劃分。對課程教學內容的重構，我們做了以下改革嘗試。

（1）以應用能力培養為目標，突出課程的高階性

《數字電路》課程重點講授組合邏輯電路、時序邏輯電路分析和設計的基本方法，最終落在中規模集成芯片的應用和數字電路的綜合分析和設計能力。教學目標不僅僅是數字電路知識的傳授，還有綜合分析和設計能力的培養，即達到知識、能力、素質有機結合。也就是“金課”的高階性。因此，教學內容組織上，要突出課程的應用性和實踐性，就要精簡數字電路中基本知識、基本理論、基本元器件以及以基于小規模數字器件的分析和設計。

例如，門電路的教學內容從二極管、三極管開關特性，TTL 門電路的組成特殊門電路的原理應用，這樣就節省了大量的教學時間，并且不影響后續內容的學習。

（2）體現內容的前沿性和時代性，突出課程的創新性

內容組織上注意與后續單片機和嵌入式等專業課程、交叉學科的聯系。在講解課程地位時可以以計算機的單總線結構引入建立課程與計算機五大部件的聯系，課程與現代數字產品之間的聯系。例如，計算機的發展、智能手機的發展、5G 時代的開啟、“神威.太湖之光”超級計算機采用國產處理器等。課程中涉及的門電路、運算器、寄存器、存儲器等概念引入新的納米技術、64 位技術、多核心技術等，體現課程的前沿性和時代性。結合高校舉辦的各類競賽，引導學生勇于參加大學生電子競賽，提高創新性[3]。

2.2 改革實驗教學

在實驗內容設置、實驗開展手段，充分體現課程“兩性一度”的“金課”內涵。

（1）實驗內容，突出課程的高階性、挑戰度

《數字電路》課程的實驗是增強課程實踐性和應用性的一個重要環節，合理的實驗設置、實驗教學過程設計可以將學生從課程帶入到具體的應用場景，能加強學生實踐能力和創新能力的培養[4]。在課程實驗內容設置上，增加設計性、綜合性實驗，減少驗證性實驗。綜合性、設計性實驗內容貼近生活、符合實際，讓學生使用課程知識、提高實踐能力、動手能力，使得知識、能力、素質達到有機結合的目的。設計性、綜合性實驗的引入本身就有增加實驗課的難度[5]。

（2）實驗手段，突出課程的創新性

仿真軟件在計算機相關專業基礎課的教學中得到了廣泛的應用。仿真軟件作為一種教學、實驗手段便于開展設計性、綜合性實驗，解決教學過程中理論與實踐脫節的問題。仿真作為一種實驗手段，可以體現實驗教學方式的先進性。另外，在實驗要求上，設置實驗完成的基本條件，在此基礎上最大發揮學生的主觀能動性，利用創新思維、互動交流，體現實驗課程的互動性，實驗結果的探究性。

2.3 開展混合式教學

混合式教學可以體現課程的創新性。

《數字電路》課程混合式教學以在線開放課程為依托，學生利用業余時間課前完成視頻學習。課堂上先根據調查問卷、問題反饋等形式了解學生的學習效果或存在問題。課堂活動主要以交流、討論等互動的形式去解決問題。

整個教學過程，教師是活動的設計者、引導者。其目的是將學生在課堂上“被動接受”轉變為“主動思考”，體現課程教學始終以“學”為中心。課前學生通過在線課程對知識進行自學，課堂上根據學生學習情況開展問題學習、討論、交流和知識分享活動，體現教學活動中師生之間和學生之間的互動性。因此，基于在線開放課程的混合式教學模式，能體現教學方法的創新性。

混合式教學活動中，學生在交流、討論互動的學習過程中，就是對解決實際問題的一種探究式學習方法[6]，也能體現學習結果的探究性。

2.4 改革考核方法

實施全過程的教學管理、制定多元化的考核方式，增加課程的高階性、挑戰度。

（1）全過程的教學管理是指在整個教學活動的各個環節，納入考核。例如在線學習過程、課堂活動參與度、討論交流、在線測試/作業等環節。全過程的教學管理可以避免學生平時不學，考試前突擊學習，臨時抱佛腳現象發生。在全過程的教學管理中，突出以學生為中心，強調了“學”的過程。多元化考核是全過程管理的手段。指的是課程的最終成績不僅僅來自期末測試、平時考勤以及作業完成情況。而是將“學”的過程納入考核的依據，而且來自教學活動的多個環節。

（2）按照目前的教學大綱，期末測試成績所占比重仍然較大。為了達到應用型人才培養和課程目標的達成，增加課程的難度。例如，試題中不能有概念類題目，以記憶性試題的考核不利于學生能力的培養。根據課程的實踐性、應用性特點，試題以數字電路的分析和設計為主，特別是以中規模集成芯片的分析和設計問題。綜合性、應用性試題需要學生對知識、能力、素質有機結合，可以體現學生的實際動手能力、創新思維能力和綜合應用能力的培養。

因此，考核難度的增加，有利于全過程的教學管理和多元化的考核方式的實施，反過來，體現以“學”為中心的教學模式，有利于提高教學質量，體現課程的高階性、提高課程的挑戰度。

3 結語

在本科教育教學發展的大環境下，如何開展課程教學改革，淘汰“水課”打造“金課”，是教師面臨的一個重要課題。我們必須從“金課”要求的“兩性一度”視角重新審視課程，按照“兩性一度”的標準開展課程改革和建設，課程的建設和改革不僅僅包含課程內容的重構、實驗方式的創新還包含教學方法、考核方式等。因此，淘汰“水課”打造“金課”必須從多角度、全方位進行課程改革和建設。課程的建設和改革也不能一蹴而就，還應該在教學活動中實時調整和持續改進。