構建創(chuàng)新教育平臺　優(yōu)化數(shù)字邏輯教學

盛法生　石向榮　

文章編號：1672-5913(2009)02-0094-02

摘 要：本文從培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，分析了“數(shù)字邏輯”課程現(xiàn)代化教學模式的應用，并對課堂教學的組織與設計、實驗教學改革與創(chuàng)新等方面作了詳細的討論，運用現(xiàn)代教育科學理論和方法探索和構建了一種具有時代特色的創(chuàng)新教育模式。

關鍵詞：數(shù)字邏輯；教學改革；實驗創(chuàng)新；EDA

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1 改革教學和實驗環(huán)節(jié)，構建創(chuàng)新教育平臺

數(shù)字邏輯是實踐性很強的一門專業(yè)基礎課，理論知識的傳授是為應用服務的，培養(yǎng)學生的實踐能力是教學的首要目的。根據(jù)數(shù)字邏輯教學大綱及指定教材的要求，我們對課堂教學內容去粗取精，提出課程章、節(jié)的結構體系，從數(shù)字電路的邏輯特性、電路特點和組合優(yōu)化等方面去組織教學，突出重點，深入淺出。通過多媒體課件把文字、圖形、圖像、聲音、動畫、影像等多種媒體綜合起來，創(chuàng)造生動、活潑、有趣的教學情景，使學生變被動學習為主動學習，以隨機性、靈活性、全方位、立體化的方式把知識形象生動地呈現(xiàn)給學生，激發(fā)學生的學習興趣，從而提高教學的效率和質量。

如何引導學生通過實驗來加強實踐，是教學中的另一個重要問題。目前我國工科類學生普遍存在重理論輕實踐的傾向，缺乏解決實際工程問題的能力和協(xié)調、管理的素質。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，既有客觀的原因，也有認識上的偏差。在國外高校，數(shù)字邏輯實驗很多采用了EDA技術，例如美國斯坦福大學數(shù)字電子技術實驗大多是基于FPGA器件的，學生反映易學、方便，設計與實驗項目成功率高，理論與實踐結合緊密，教學效果好。眾所周知，實驗教學在現(xiàn)代教育中占有非常重要的地位，是高校理工科教學中的一個重要環(huán)節(jié)。對于計算機專業(yè)而言，數(shù)字邏輯實驗教學更是學生學習過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，它可以使學生通過實驗加深對計算機硬件理論知識的認識和理解，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、綜合素質和實踐技能至關重要。因此在現(xiàn)有的實驗設備和實驗條件下，如何充分發(fā)揮實驗教學最有效的作用，使實驗教學過程達到“最優(yōu)化”，一直以來是我們比較關心的問題。為了達到上述目標，學院根據(jù)高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，按照學校辦學指導思想，提出了建設計算機科學優(yōu)勢突出，多學科互相滲透的教學研究型學院，重點加大對學生實踐能力、解決實際問題能力、組織協(xié)調和管理能力及團隊合作精神等綜合素質的培養(yǎng)，引進EDA先進的實驗設備，配置充足的教學場所，教師精心編寫實驗教材，組織安排實驗等建立了創(chuàng)新實驗室，構建了硬件電路創(chuàng)新教育平臺。通過一系列的教學過程，增強學生對硬件知識的理解，提高他們的操作水平和實踐技能。根據(jù)最優(yōu)化教學模式，強化學生的綜合訓練，包括問題分析、總體結構設計、電路設計的基本技能和技巧，多人合作，以致工作規(guī)范的訓練和科學作風的培養(yǎng)這一原則。

圍繞上述目標，結合數(shù)字邏輯教學實際情況，我們對教學內容和實驗教學方式的改革進行了創(chuàng)新和實踐，積極鼓勵學生開展自行設計和實踐，激發(fā)學生創(chuàng)新熱情，把培養(yǎng)創(chuàng)新人才落實到實處；EDA技術是計算機科學與技術專業(yè)學生在學習硬件電路基礎的重要內容，是電子技術應用能力培養(yǎng)的一個重要組成部分，其目的和任務是通過實踐訓練，要求學生初步掌握基于EDA技術的基本電路設計方法；了解常用硬件描述語言的使用特點、編程方法和仿真測試技術，特別是初步掌握VHDL的編程技術和硬件描述方法；學會使用一種EDA工具軟件的設計應用、測試和綜合優(yōu)化；同時對硬件描述語言VHDL的發(fā)展和對FPGA/CPLD的集成規(guī)模及應用特性的發(fā)展有一個了解，從而促進數(shù)字邏輯教學效率的提高。同時，注重提高教師創(chuàng)新教育的指導能力，增加教師對創(chuàng)新教育有關內容的體驗與培訓。

2 激發(fā)學生創(chuàng)新思維，推進課堂指導教學

如何激發(fā)學生的學習興趣是數(shù)字邏輯課程重點要考慮的問題，應圍繞計算機的工作原理及實際系統(tǒng)工程設計，突出數(shù)字邏輯課程內容的重點分別進行講述。例如，對基本的數(shù)字電路，重點介紹典型的邏輯門、觸發(fā)器及外部邏輯特性；講解組合電路時，著重介紹計算機中常用的基本芯片，如譯碼器、加法器、代碼轉換器等；講述時序邏輯電路時，著重介紹同步時序電路的分析與設計方法，并介紹計算機最基本的器件——寄存器、計數(shù)器、序列檢測器等；在講述中大規(guī)模集成電路時，應重點介紹多位運算器、RAM、ROM、EPROM等電路的邏輯結構、工作原理及在計算機中的作用；在討論可編程邏輯器件時，著重介紹PLD、CPLD和FPGA結構特點、工作原理和分類方法，以其編程原理。

在講具體電路的操作時，可以根據(jù)數(shù)字電路的不同特點及工作原理，以及電路仿真設計的基本方法，利用Multisim 2001仿真軟件進行門電路應用設計、時序邏輯應用電路設計等等電路的仿真和演示，以及通過動畫演示給學生留下深刻的印象，極大地豐富了課堂教學內容，有力地促進了學生學習的積極性。

此外還要注意課后作業(yè)的重要性。課后作業(yè)不是課堂教學的簡單重復，而應是課堂的擴展和深入。適量地向學生介紹一些相關的參考書目，讓學生課后自學，獨立鉆研，充分調動學生自覺學習的積極性。

在教與學的雙向互動過程中，應該積極實現(xiàn)以教師為中心、以課程為中心、以教材為中心向以教師為指導、以學生為中心的模式轉變；積極推進啟發(fā)式、討論式、交互式、實踐式、自主式等教學方法，并輔以網絡課堂教育，以提高學生的學習積極性和自我獲取知識的能力；從各個層面檢查教學的實際效果，綜合考核學生的知識、能力和素質，形成對教學過程的促進作用，保證人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。

3 重視基本技能訓練，鼓勵創(chuàng)新勇于實踐

在重視理論教育的同時，必須加強學生的實踐操作和動手能力。理論與實踐相結合歷來都是基本的、重要的教育方法。為了提高學生的電子設計和工程實踐能力，我們對數(shù)字邏輯電路實驗教學內容和方式進行了改革。依據(jù)實驗教學的目的，結合課程的培養(yǎng)目標，側重在實踐能力上選擇和設計實驗，使學生具有理解數(shù)字邏輯的基本概念、常用儀器的使用方法、利用EDA設計較復雜數(shù)字電路系統(tǒng)等能力。

創(chuàng)新實驗室配備有滿足數(shù)字邏輯實驗的實驗箱和EDA系統(tǒng)，并配有邏輯分析儀、示波器、計算機和設計軟件等工具，學生所有的實驗操作都在實驗箱上完成。EDA系統(tǒng)的核心板主芯片采用EP1C6Q240，支持JTAG和AS下載模式。軟件開發(fā)平臺使用QUARTUSII 6.0，在該集成環(huán)境下，可以完成設計的不同輸入。QUARTUSII支持原理圖輸入、VHDL、Verilog HDL以及第三方工具輸入方式。利用圖表模塊編輯器可以實現(xiàn)系統(tǒng)的頂層設計，完成各子系統(tǒng)的功能劃分?？梢赃M行延時分析，進行系統(tǒng)仿真。最后實現(xiàn)下載編程文件和測試電路。

試驗教學具體時序，學生首先必須在實驗室完成基本實驗，然后再進入設計性實驗，設計性實驗由學生自由選題，自由組隊。一般兩個人組成一個開發(fā)小組，選擇一個難易適當能夠及時完成的項目。確定預定目標，設計各模塊電路，制作電路板，調試電路和測試電路，并進行功能演示，最后撰寫實訓報告。

實訓報告是反映一個學生實驗情況的重要材料，要求報告必須準確并且充分反映學生自己完成的工作，該報告作為與項目組成員交流的材料，同時也是自己進行項目設計的重要文檔。具體的內容包括題目和文本程序、軟件編譯、仿真分析、硬件測試與實驗過程、程序分析、仿真波形、實驗分析、實驗注意事項及建議，并在報告附錄提供電路原理圖。

由于實踐教學改革的內容和方式都有較大的變化，老師和學生都有一個適應的過程。如何指導學生正確開展實踐。按時完成項目計劃，保證教學質量，這對教師提出了更高要求。如何做到讓學生選擇自己喜愛的項目進行實驗，并能一舉成功，使他們在實際操作過程中獲得真實的感受，并學到實驗操作知識，這也是一個需要認真研究、不斷完善的問題。

4 結束語

在數(shù)字邏輯教學實踐中，課堂教學突出重點，雙語教育注重學生的個性發(fā)展，樹立學生的創(chuàng)新意識，喚起學生的創(chuàng)新潛能，鼓勵學生的創(chuàng)新嘗試，應用愉快教學、互動教學、多媒體教學等教學手段，以最優(yōu)的組合完成教學任務，讓學生既能學到新的知識 又可掌握學習的技能，達到提高學生素質的目的。實驗教學壓縮了基礎性、驗證性實驗，擴大了利用EDA技術的設計性實驗，根據(jù)學生的特點因材施教，在難易程度方面要求做到量力而行，使其在掌握基本理論的基礎上，結合本人的興趣，從實際應用中選擇具有應用背景的實驗題目，分組進行，充分發(fā)揮學生的主動性，這樣一方面鍛煉了學生的動手能力，另一方面也加強了他們交流與團結協(xié)作的精神。學習是一個吸收、理解并掌握新知識的過程，學生最后是否掌握知識，體現(xiàn)在能不能分析和解決實際問題上。另外，理論與實際相結合，確實能大大激發(fā)學生的學習熱情，鞏固其所學知識。

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