新工科愿景下數字邏輯電路課程思政問題研究

謝玲 韋偉 房云 欒迪

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210046）

1 引言

2017年開始教育部積極推進新工科建設，這對我國工程教育體系的人才培養提出了新的要求。新經濟的發展呼喚“新工科”，要求工程教育進行改革創新，需要高校為新經濟建設培養造就復合型、創新型、綜合性人才。

作為新工科的學生，核心能力主要體現在：個人效能、知識能力、學術能力、技術能力及社會能力，其中誠實正直、敬業、理解他人、工程倫理是其常見能力之一[1,2]。因此，作為大學生成長和人格形成的最主要陣地，高等院校肩負了特殊的使命，不僅要傳授知識，培養知識能力、學術能力和技術能力，還要注意培養社會主義核心價值觀以及做人做事等個人效能和社會能力。當代大學生思想活躍，但是，也容易盲目跟從、盲目參與，思政課程和課程思政雙管齊下，才能滿足教育要強化思想理論教育和價值引領的需要。

新工科與課程思政的結合正是大學生能力培養及道德教育的融匯，本文以數字邏輯電路為例，將新工科愿景下課程思政與專業教育相結合，不失普遍性，為高校傳統工科專業的轉型和新興工科專業的設置與發展提供新的理論依據。

2 研究思路

從新工科工程教育改革創新出發，以應用型本科高校為載體，通過將課程思政與專業教育相結合，同向同行，協同發展，助力新工科，培養高素質工程人才。對理工科高校來說，育人，必須與工程人才的培養定位進行對接，根據培養定位及對人才的能力培養需求，在專業教育過程中嘗試將社會主義核心價值觀與新工科核心素養共性的東西一起來講，有機融入家國情懷、學以致用、工匠精神、職業道德等思政元素，提升新工科人才培養質量，幫助學生樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀，支撐新經濟發展的人才需要。

2.1 課程目標

通過學習數字系統與邏輯設計的基本理論和方法，使學生能建立數字系統完整的總體概念，掌握數字邏輯電路的分析方法、設計方法，以及一些經典的中、小規模集成芯片的功能及使用，具備一定的數字電路分析和設計能力，培養學生分析問題和解決問題的能力，培育工匠精神新工科人才。

具體教學目標如下：

（1）掌握邏輯代數和數字邏輯電路的基礎知識，能將其用于實際工程問題的分析。

（2）具備分析數字邏輯電路和器件的能力，掌握組合邏輯電路和時序邏輯電路的一般分析方法，能夠分析典型器件的結構和原理，如編碼器、譯碼器、數值比較器、加法器、計數器、寄存器等，并針對實際工程問題和應用對象進行器件和參數的選擇。

（3）具備對數字邏輯電路進行初步設計的能力，掌握組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計方法，能運用基本原理和方法，根據設計要求完成數字系統的設計。

（4）通過多種教學途徑和教學環節培養學生掌握理論知識、計算思維和應用技術能力，提升學生的學習興趣，使學生主動學習，提高學生的自主學習能力。

（5）在課程學習過程中理解并遵守職業道德和技術規范，有責任意識。

2.2 教學設計

針對上述教學目標，我們將內容由淺入深地引入，對學生的能力要求隨之逐層遞進。在教學模式上，將學生分層培養；并深度挖掘課程思政相關內容，潤物細無聲地引入日常教學。

整個知識體系分為四大模塊：邏輯代數、組合邏輯電路、時序邏輯電路以及加強模塊（脈沖的產生和整形、數模轉換和模數轉換、EDA工具的應用）。其中，根據不同專業不同學生的培養要求，加強模塊中的內容可以按需選擇。

每一個教學模塊的培養都分為四個層次，分別是基礎、分析方法、設計方法和綜合訓練。

具體設計如表1[3]。

3 課程思政案例

3.1 課程引入部分

這部分講述的是課程的必要性和重要性，以及在課程體系中的作用。小到生活中的電子器件，大到國防、國家的經濟發展，此時適時引入人生觀、價值觀、世界觀，對學生進行國防教育、理想教育。

3.2 邏輯代數部分

這部分講述邏輯代數基礎及作用，此處引入如何有效學習。這一部分是整個知識體系的基礎，打好基礎，積累到一定的量，才能引起質的飛躍。

邏輯函數具有5種描述方法，這幾種方法之間可以相互轉換，由此引入辯證法中事物的多樣性，并引導學生將專業的知識、思想、方法融合于創新能力的培養中，激發和提高創新意識。

3.3 組合邏輯電路

這部分描述組合邏輯電路的分析與設計的一般方法，并重點講解編碼器、譯碼器、數據選擇器等常用組合邏輯電路的原理和應用。引導學生正確看待個體與整體的關系：知道組合邏輯電路中單個門電路不能做到綜合功能的實現，只有所有門電路集合在一起才能完成相應的功能，如加法器、數值比較器等。

要實現一定功能的邏輯電路，實現的方式有很多，比如可以用最簡單的門電路實現，也可以用譯碼器、數據選擇器實現。所用到的元器件個數及類型不同，就會進行比較，如什么樣的實現方式所選用的元器件少，什么樣的實現起來經濟、方便，進而可以培養學生的節約意識，以及人類命運共同體的價值觀。

3.4 時序邏輯電路

這部分描述時序邏輯電路的分析與設計方法，時序邏輯電路以觸發器為核心，加上一定的組合邏輯電路，構成了計數器、寄存器等經典時序邏輯電路，此處可以引入個人在創新團隊中的作用。

時序邏輯電路涉及的集成電路較多、規模較大，引申到當代中國在集成電路方面的成就與不足，要學生辯證地看問題、發現問題。另外，引導學生增強對自己的國家、民族的認同感和自豪感，意識到自己肩負著民族復興的重任，要為實現社會主義現代化和中華民族偉大復興，建成社會主義現代化強國而努力奮斗。

3.5 加強模塊

這部分由三大內容構成，可用于分層教學，體現課程的高階性。三大內容分別是：脈沖的產生和整形、A/D轉換和D/A轉換、EDA工具的使用。其中，脈沖的產生和整形重點要求掌握555定時器的原理，以及用該芯片構成的多諧振蕩器、單穩態觸發器和施密特觸發器的工作原理和應用。對計算機類、自動化類等需要軟硬結合的學生來說，數模轉換器和模數轉換器是必不可少的內容，要求掌握其原理和應用，能夠進行器件的選取。EDA工具我們引入了proteus仿真軟件，讓學生搭建電路，并進行實時仿真，快速觀測到效果，也能激發學生的學習興趣，調動學生學習的主觀性和能動性。這個過程涉及之前學過的各個知識點，留意每一個細節，且不斷調試、調整，才能構成整個系統，實現相應的功能。這個過程可以培養學生為國為民、甘于吃苦的奉獻精神，堅持科學、不斷探索的創新精神和精益求精、追求完美的工匠精神。從而把課程思政融入整個教學過程中，做到“潤物細無聲”，潛移默化地影響學生。

4 教學模式改革

4.1 講授方法成體系

以學生能力培養為核心，注重分析和設計的方法。無論是組合邏輯電路還是時序邏輯電路，都從一般性的方法講起，再到具體實例的分析和應用，培養學生的邏輯思維能力，也讓整個課程的講授脈絡清晰、易懂。

4.2 課程思政入課堂

立德樹人的關鍵環節在于將課程思政融入專業課程的教學當中。通過對數字邏輯電路課程的改革，將思政元素從兩個方面融入專業課程中。一是由知識點引出的課程思政內容，這個是顯式的課程思政；另一方面從課程的設計、運用的方式潛移默化地融入課程思政，如上面案例部分所述的工匠精神，這個是隱式的課程思政。我們就是要通過課程的學習，將學生培養成有思想、能創新、有正確價值觀的人才，符合新工科人才的內在要求。最終能讓學生思考該如何通過所學知識，在國家發展與個人前途的交匯點上規劃人生。

4.3 教學方式多樣化

新的育人要求需要教學方式的創新。既然是以學生能力培養為目標，那就要以學生為本，更好地進行差異化人才培養，真正實現因材施教，從而培養學生學習的積極性、主動性、參與性和協作性。必須進行教學方式的改革，實現教學方式多樣化。

（1）采用線上線下混合式教學模式，打造精品資源庫。線上采用SPOC和直播方式（根據需要可以選擇），將課內知識點做成微課，可以反復觀看。學生在線上通過觀看視頻完成基本理論知識的學習，對不懂的內容可以線上提問，完成自學過程。線下課堂主要是對重點、難點針對性講授，特別是對線上學習時反映出的突出問題進行深入剖析。另外，線上的資源可以實時更新，充分利用網絡資源進行教學。

（2）利用對分課堂進行分層教學。首先因材施教，不同的學生需要培養的能力不同，在頂層設計時就要考慮到這一點，可以在基礎課程之后通過一些階段測試或者是競賽成績將學生進行分類。我們采用對分課堂，結合線上線下混合式教學模式，要為不同的學生設計線上學習的內容，也就是說不能放手讓學生完全自學，而是有引導性地讓學生線上學習，這種方式往往更加高效，也不會讓學生覺得摸不著重點。對分課堂對教師提出了更高的要求，要求教師更加準確地把握課堂教學目標，更加精確地選擇教學內容，更加恰當地運用課堂教學方法，在課前準備工作上投入大量的精力，精心設計教學，讓學生線上自學之前，要給出設計好的預習單。而線下的課堂之中，也要引導好學生分組討論，將知識內化吸收。

多樣的教學方式，可以不斷地提升學生學習的積極性，化被動為主動，激發學生刻苦學習、不怕困難、堅持理想、挑戰學科前沿的勇氣和內驅力。

4.4 考核評價融合創新

課程采用多樣化的作業設計體系和課程考核方式。在考核方式方面，改變重期末、輕平時的方式，增加學生學習過程考核次數，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力和創新、創業、創造的能力。并且在這一過程中產生的數據，反過來可以作為學生分層的數據來源，支持因材施教，促進教與學的提升。在考核內容方面，改變重理論、輕實踐的方式，增加項目考核內容，注意項目的難度和區分度，不同層次的學生難度不一樣，成績系數也不一樣。

課程的總成績由三大部分組成：（1）線上成績，包含在線課程觀看成績、線上測驗成績、線上討論成績等；（2）線下成績，包含作業成績、過程考核成績、項目考核成績等；（3）期末考試成績，主要是期末考試卷面成績。以上三方面成績比例可根據實際情況進行調整。

5 結語

新工科對應用型人才培養提出了不一樣的能力要求，以培養學生能力為目標，在專業課程教學過程中將社會主義核心價值觀與新工科核心素養共性的東西結合起來，引入課程思政。立德樹人是教育的根本任務，而課程思政是落實這個根本任務的關鍵環節。文章以數字邏輯電路課程為例，轉變單一的課堂授課模式，采用線上線下混合式教學，將思政元素或顯式或隱式地引入到課程當中，春風化雨、潤物細無聲地將學生培養成有思想、能創新、有正確價值觀的人才，同時為高校傳統工科專業的轉型和一流課程的建立提供理論和實踐依據。