高職計算機專業“數字邏輯”實踐教學模式的改革

李麗麗，楊云霞，倪慧慧

(合肥經濟技術職業學院 電子信息系，安徽 合肥 230031)

1 計算機專業的“數字邏輯”實踐課程背景

計算機本身是以數字邏輯電路為主、以邏輯運算為基礎的數字型智能化機器。“數字電子技術基礎”作為計算機專業的一門職業基礎課程，它不但廣泛應用于電子計算機、電子測量、儀表、通信、自動控制領域，而且能夠應用在日常生活中[1]。該門課又稱“數字邏輯電路”，是以邏輯代數為基礎，讓學生建立邏輯的概念，學會邏輯電路的分析和設計。為后續其他計算機硬件課程打下一定的基礎。該門課是建立在數字電路硬件基礎上的，因此“數字邏輯”實踐是該門課的重要組成部分[2]。

高等職業教育是以技能培訓和技術應用為代表的教育，是我國教育的重要組成部分。目前國內很多高職院校的計算機相關專業都開設了“數字電子技術基礎”課程，有關“數字邏輯電路”的實踐課教學模式研究也有不少[3-5]，但與高職計算機專業相關的“數字邏輯”實踐教學模式的研究并不多。

2 “數字邏輯”實踐課程學生的學習現狀

2.1 學習目標不明確

學生認為計算機專業不應該學習電路知識，對于計算機專業與數字邏輯電路之間的聯系并不清楚，且容易“欺軟怕硬”[6]，認為計算機主要應該學習軟件編程，不應該學習硬件，所以導致學生缺乏學習積極性，不想動手實踐，實踐的參與程度及實踐報告的完善性都不高，以至于實踐課的教學效果不理想，課程的通過率也較低。

2.2 基礎知識薄弱

“數字電子技術基礎”作為計算機專業的一門職業基礎課，我校開在第一學期，由于前期缺乏“電工基礎”和“模擬電子技術”等有關電路的基本知識儲備，學生高中的基礎知識又比較薄弱，甚至有部分高中文科學生。普遍認為數字電路比較難學，所以對該門課望而卻步，“數字邏輯”實踐課教學效果不理想。

3 “數字邏輯”實踐課程教學現狀

3.1 教學目標不明確

教授計算機專業“數字電子技術基礎”的教師往往是非計算機專業教師，對數字邏輯電路與計算機的聯系并不清楚，對該門課與后續計算機其他專業課程之間的聯系沒有仔細研究，導致授課目標不明確，教學內容和教學設計都沒有以計算機為導向。授課過程中把數字電路知識以教授電學專業學生的教學方式灌輸給學生，學生學習起來困難，教師授課效果也不理想。這也直接導致學生學習目標不明確，學習積極性不高。

3.2 教學內容缺乏設計性、綜合性

傳統的“數字邏輯”實踐課，特別是課內實驗，往往以驗證性試驗為主，缺乏設計性和綜合性實驗。教師先講解實驗目的、原理步驟等，學生只要按照教師的步驟，被動地把學過的理論知識進行一步步驗證，與預期結果一致就可以了。學生并沒有對學過的理論知識進行很好的綜合應用，也沒有理解所學知識與現實生活以及計算機之間的聯系，實驗過程中沒有充分調動學生的主觀能動性，學生的思維能力和工作技能也沒有得到提升。

3.3 實踐考核方式不合理

以往實踐課考核成績以學生最終完成的實驗報告為依據，考核方式沒有細化，沒有充分反映學生在實驗過程中的表現和主觀能動性差異。這樣的考核方式也不能反映學生的實踐技能水平，調動學生參與實踐的積極性。容易讓學生產生實驗做不做都一樣，學不學都一樣的心理，學生厭學，教師倦怠，實踐課程教學效果差的惡性循環。

4 “數字邏輯”實踐教學模式改革

“數字邏輯”實踐包括課內實驗(12學時)和課后實訓(20學時)部分，能在有限的實踐課時內讓學生獲得理論知識的應用，建立起邏輯電路的概念，學會邏輯電路的分析和設計，理解邏輯電路與計算機的聯系，以及讓學生獲得實踐技能和實際工作能力，提高學生參與數字邏輯實踐的積極性，文章對計算機專業的“數字邏輯”實踐教學模式進行了改革和探討。

鑒于以上“數字邏輯”實踐課程學生的學習現狀和教師的教學現狀，文章從數字邏輯實踐內容、實踐模式和實踐考核方式3個方面進行了改革。改革思路如圖1所示。

圖1 教學模式改革思路

4.1 實踐內容改革

4.1.1 實踐內容以計算機為依據

教師首先要明確教學目標：該門課為計算機后續專業課“微機與接口技術”和“單片機原理及應用”建立了邏輯硬件基礎。因此，在理論及實踐課教學中，應以邏輯電路與計算機的聯系為線索貫穿整門課程。

實踐內容應盡量選取與計算機相關的內容，如：加法器的設計、譯碼器的應用、譯碼器的擴展及應用、計數器設計、數字電子鐘設計等。且在相關實踐之前，先在理論課上明確該邏輯電路在計算機中的應用。例如在做譯碼器的應用實驗之前，在講到譯碼器的特性和應用時，先例舉譯碼器在內存尋址中的應用。在做加法器的設計實驗之前，在講到加法器的特性和應用時，先例舉加法器在CPU運算器中的應用等。相關邏輯電路實踐內容及其在計算機中的應用如圖2所示。

圖2 實踐內容在計算機中的應用

4.1.2 實踐內容以設計性、綜合性為主

在原本以驗證性實驗為主的基礎上，逐步增加設計性和綜合性且在計算機中有具體應用的實驗內容。如數字電路課內實驗中的組合邏輯電路設計——三人表決器的設計、加法器的設計、譯碼器的應用、計數器設計等，數字電路實訓中的血型關系檢測電路、譯碼器的擴展和應用、數字電子鐘設計等。實驗在數字電路實驗平臺上，采用TTL中小規模集成電路芯片，讓學生完成各項邏輯電路設計、構成和驗證，讓學生在發揮主觀能動性的基礎上，對邏輯電路的設計、構成及工作方式有直觀的認識和體會。

4.2 實踐模式改為項目式模式

將每次實驗更改為項目式，課前讓學生先預習實驗項目內容，查詢相關芯片資料及設計方法。課上教師先講解實驗項目的目的、設計原理步驟等，讓學生以小組為單位先進行邏輯電路設計，后根據自己的設計挑選芯片，完成邏輯電路的構成和功能驗證，最后將整個過程形成總結性的報告。讓學生形成項目的分析、設計、實施、驗證和總結等能力。提高學生參與實驗的積極性，和學生項目化工作的能力。并以此為基礎，在學校實驗設備(DICE-DD-C5系列)的基礎上，將相關的實驗實訓項目的目的、設備、原理、步驟、數據記錄、要求等形成校本實驗實訓教材。

4.3 實踐考核方式改為“過程式”考核方式

課前要求學生預習實驗項目內容，查閱相關資料，并完成實驗項目報告的項目目的、項目設備芯片、項目原理等內容。在實驗教學中采用教師引導為主、指導為輔的方式，讓學生獨立思考，自主完成實驗。

實踐考核主要包括課前預習情況、課中學生參與實驗的積極性以及實驗的完成情況，包括設計性實驗中學生在教師的引導下自主設計邏輯電路的完成情況，以及電路的實現及驗證情況。實驗報告主要反映學生對整個實驗項目的總結能力。將學生預習情況、邏輯電路的設計，邏輯電路邏輯功能的實現，實驗項目報告的完善性結合起來作為學生邏輯實踐“過程式考核”的依據。

例如在數字電子鐘的設計實訓前，先讓學生查閱74系列計數器芯片資料，及數字電子鐘設計方法。課上讓學生在充分認識實訓項目目的的基礎上，先以小組為單位進行“紙上談兵”，在紙上設計出由基本門電路、計數器等構成的邏輯電路，教師對每小組設計進行記錄評分，再由學生挑選芯片完成數字電子鐘的構建和邏輯功能驗證，學生設計數字電子鐘成果如圖3所示。教師再次對驗證的結果進行記錄評分，最后綜合實訓項目報告評分，給出該次實訓(實驗)總評成績。實驗考核方式如表1所示。而學生邏輯實驗分數占整門課平時分的60%，以達到既能反映學生實踐過程實情，又能使學生獲得實際能力，提高學生的學習積極性和通過率。

圖3 數字電子鐘設計成果

表1 實驗考核方式

5 結語

“數字電子技術基礎”本身就是一門實踐性很強的課程，而作為計算機專業的職業基礎課，其實踐課又有其不同于電學專業的特點，需要教師在明確課程定位和教學目標的基礎上，讓學生充分理解數字邏輯電路與計算機的緊密聯系，提高學生參與實踐的積極性，培養學生的實踐能力和項目化工作能力，以體現出“職業教育”的目標——側重于實踐技能和實際工作能力的培養。