面向應用型人才培養(yǎng)的《數(shù)字邏輯》課程教學研究與實踐

鄒祎，李浪

(衡陽師范學院計算機科學與技術學院，湖南 衡陽 421006)

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、信息產(chǎn)業(yè)等領域的飛速發(fā)展，各行業(yè)對于高素質、技能型的人才的需求越來越大。計算機及相關專業(yè)在大多數(shù)高等院校中均有開設，但專業(yè)人才培養(yǎng)的效果等面臨著諸多問題，如高校計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)與社會行業(yè)需求脫節(jié)、高校在轉型發(fā)展過程中面臨的人才培養(yǎng)方案改革、校企合作機制、教學方法與教學手段、學生就業(yè)等問題，這些問題導致了計算機類專業(yè)人才供需矛盾突出[1]。同時，為加強高校專業(yè)建設，教育部實施了工科專業(yè)工程教育認證。這一系列問題與措施，對高校的人才培養(yǎng)目標也將產(chǎn)生巨大的影響，培養(yǎng)高校學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力成為高等教育的共識。

基于此，結合社會需求，以學生為中心，以產(chǎn)出為導向，所在教學團隊提出了面向“一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)方案[2-3]。圍繞如何培養(yǎng)高素質應用型人才等問題，對高校計算機類專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)進行深入研究與實踐探索，并在計算機類專業(yè)課程中展開創(chuàng)新探索實踐。

數(shù)字邏輯是計算機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎必修課，不同于以研究型為主的高校，所在學院對課程目標的定位，更側重于應用型人才的培養(yǎng)。因此在課程教學上，也應有別于研究型高校的教學內容[4][5]。因此，本文在面向“一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)方案的基礎上，結合《數(shù)字邏輯》課程的教學，從教學任務和目標，教學結構，以及教學評價等方面進行了新的探索。后續(xù)章節(jié)從傳統(tǒng)教學存在的問題、創(chuàng)新模式構建及教學成效三個方面，進行詳細闡述。

2 傳統(tǒng)教學存在的問題

傳統(tǒng)的教學更多關注“教”的質量，“教”的多少，從教學任務、教學目標到教學結構的設置，以及對教學成效的評價，大多圍繞著教學者(老師)來展開，學生的學習是被動地接受，缺乏學習的主動性。

在以往傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯教學設計中，大多是以課堂理論講授為主，硬件實踐為輔的教學模式。該模式存在著以下主要問題：

1)課堂教學的知識講授，采用的是以教師向學生傳輸模式，不能激發(fā)學生的探究能力，教學內容以理論教學為主，實踐教學比重輕，更缺乏理論與實踐相結合。

2)在教學過程中，學生的學習主動性不高，學習方式以“記憶”為主，少有“創(chuàng)新”。

3)傳統(tǒng)的實驗教學內容少，且實驗設計基本上是按已有的電路原理圖進行連線，實驗中大量的時間，用在了糾正如連線錯誤之類的非知識性問題上，導致學生在邏輯設計方面的關注太少。

4)缺乏合作學習、教學合作團隊的環(huán)境，學習環(huán)境多是競爭性個人行為。

5)教學資源匱乏，并且缺乏有效學習交流平臺實現(xiàn)資源共享，如相關題庫，實驗指導，教學視頻等資源的共享。

6)缺乏有效學習效果評價機制，通常以評分，評級的形式判定，缺乏教學過程中的持續(xù)性評價。

3 課程教學創(chuàng)新模式構建

針對以往傳統(tǒng)教學中存在的一系列問題，解決人才培養(yǎng)與經(jīng)濟社會人才需求脫節(jié)等突出問題，本文提出一種“任務驅動”“團隊合作”的線上線下混合教學模式，形成以學生創(chuàng)作為主、教師輔導為輔，線上線下相結合的教學理念。實際教學采用以案例導入，任務驅動的形式展開，加強實踐教學的比重，將實踐教學貫穿于整個教學過程中，形成以“學生為中心”的教學模式。同時，有效利用線上平臺，提供更多的學習交流窗口，獲取教學過程數(shù)據(jù)，助力教學成效分析與評價。

1)“任務驅動”“團隊合作”的線上線下混合教學模式

根據(jù)數(shù)字邏輯課程教學大綱的要求，將傳統(tǒng)的課程知識點進行梳理，結合每個章節(jié)的重點難點問題進行分門別類，不斷完善課程教學計劃和培養(yǎng)方案，建立“任務驅動”“團隊合作”的線上線下混合教學模式，形成以學生創(chuàng)作為主、教師輔導為輔的特色實踐教學方案。

首先，將課程按知識點分成20個小模塊[6](如圖1所示)，結合教學進度，精心制作課件，選取案例，設置“任務”(按章節(jié)內容設置Proteus仿真實驗任務[7]，如圖2所示(部分內容)，并線上發(fā)布。課前，學生可在線預習課程；課中，圍繞知識點進行講解，組織學生以任務為中心，結合案例，進行師生討論，分析，設計，實現(xiàn)；課后，進行“任務”總結，并拓展設計。

圖1 知識點模塊(部分)

圖2 按章節(jié)設計的部分仿真任務

合理利用Proteus仿真工具，引入仿真實驗，打破了傳統(tǒng)硬件實驗對實驗環(huán)境、實驗設備以及實驗時間的限制和約束。學生可根據(jù)仿真任務的要求，隨時進行仿真實驗設計并驗證，無須再花大量的時間去做接線工作，可將更多的精力放在如何實現(xiàn)邏輯設計上。按章節(jié)設計的仿真任務，內容從簡單到復雜，循序漸進，使得實驗教學與理論教學同步，學生在仿真實驗中，可再一次對理論知識的梳理，同時在仿真實驗中遇到的問題，可及時通過線上平臺以及理論教學中，與老師同學進行交流，還可與同學合作，自由組隊進行實驗，進一步推進實驗設計從簡單問題到復雜問題的漸進，促使學生更大興趣地學習探究，提高學習興趣的同時，也提高了自主學習能力，加強了團隊合作。

2)建立在線課程資源庫

利用現(xiàn)有的在線學習平臺，建立課程資源庫、習題庫、考試庫(如圖3所示)。配合線下的理論、實踐教學(硬件實驗和仿真實驗相結合)，鞏固所學的知識點。每一教學課時的教學內容均配備對應的章節(jié)練習，作為課后作業(yè)發(fā)布；每一章節(jié)有對應的單元測試，作為章節(jié)復習。

圖3 在線課程題庫

借助平臺的在線優(yōu)勢，建立課后討論區(qū)，實現(xiàn)針對性地解決學生的學習難點，可師生一對一地交流，也可生生多對多地互助。同時，結合答題情況，隨時可一對一進行在線課后答疑；還可進行班級在線自由討論。有助于激勵學生的學習興趣，增強合作意識。

課程資源除每個章節(jié)的教學課件外，還提供了教學案例的仿真設計源程序，以及仿真工具和相關的教學參考電子書，為學生提供課外學習的資料和進行仿真實驗的平臺與參考案例支持，保障線下學習和仿真實驗的順利進行。

圖4 線上課后練習節(jié)選及課后答疑

3)建立線上線下過程評價模式

線上線下過程評價的內容包括隨堂練習，課后作業(yè)，仿真“任務”設計，現(xiàn)場答辯。既保留了傳統(tǒng)的考核內容，如課后作業(yè)；又新增設更多過程性考核內容，如課程教授中，結合教學的重點難點，展開隨堂練習，課中大討論。每一次的仿真實驗設計“任務”，學生自由組隊，完成相應設計，并通過線上平臺展示，各參與組現(xiàn)場答辯的形式，采取師生互評，生生互評，并選取優(yōu)秀作品線下共評(圖5為學生仿真設計部分作品展示)。這種模式不僅增強了團隊合作意識，又可調動學生的實踐積極性，提高實踐動手能力和分析問題，解決問題的能力。

圖5 部分仿真設計作品

4 實際課程教學成效

本文根據(jù)對近幾年來，在數(shù)字邏輯課程創(chuàng)新教學方面的研究和實踐經(jīng)驗，進行了反思、歸納并總結，結合在線平臺對授課班級記錄的學習情況進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)班級月平均學習次數(shù)逐年上升。表1所列班級是2020-2022年四個學期間，采用本文提出的創(chuàng)新教學模式的授課班級，其月平均學習次數(shù)如統(tǒng)計表1所示。從數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，學生參與學習的次數(shù)隨課程教學創(chuàng)新的開展不斷增加，班月平均學習次數(shù)逐年上升，且增長速度趨向平穩(wěn)，這也從側面表明，學生對課程的關注度不斷提高，學習興趣得以激活。

表1 2020-2022年各學期的學習情況統(tǒng)計表

新的教學方式激發(fā)了學生的學習興趣，增強了學生學習的主觀能動性。從課程改革后，采用創(chuàng)新教學模式教學的授課班級，學生的創(chuàng)新實踐能力普遍獲得很大提升，據(jù)不完全統(tǒng)計，授課班級的學生在各級各類競賽中的獲獎均有突破。僅2021年，授課班級的學生，獲得省級學科競賽一等獎的3項，二等獎6項，三等獎4項。如圖6所示，是2020—2022年授課班級學生在各類競賽中的獲獎情況統(tǒng)計，圖中可見，2020—2022年期間，不同專業(yè)的學生在各級各類的競賽中獲獎的數(shù)量及人次，均呈增長趨勢。

圖6 2020-2022年各班競賽獲獎人數(shù)統(tǒng)計圖

5 總結

面向”一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)方案對人才的培養(yǎng)更關注學生的應用能力，而且《數(shù)字邏輯》課程本身應用性較強，因此，本文提出的“任務驅動”“團隊合作”的線上線下混合教學模式，在課堂理論教學中有效加入Proteus仿真工具，開展仿真實驗活動與實驗教學，使學生在學習過程中操作更加靈活方便，不受硬件的限制，實現(xiàn)實踐教學和理論教學有機結合。課程教學的創(chuàng)新，有效激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，同時教學質量也得到提升。并且，創(chuàng)新教學方式促使學生積極參與研究探索活動，并與教師科研項目結合，更多的學生展開科學研究活動，以學生為第一作者的高質量科研成果也不斷涌現(xiàn)，學生綜合素質能力得到提高。

目前，實踐教學的開展雖較之傳統(tǒng)教學模式，有了較大的進步，同學的積極性得到有效激活，但在實踐任務設計的內容方面，比如設計的現(xiàn)實性、連貫性、整體性上，還有待進一步完善。在今后的教學實踐中，還需不斷總結、反思，進一步改進教學方式方法，讓學生能更方便更快捷地獲得相關教學資源和幫助，實踐的設計與時俱進，更貼合現(xiàn)實應用，切實應用型人才培養(yǎng)目標。