《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)改革及實(shí)踐創(chuàng)新研究

徐尚中,丁新慧

（周口師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466001）

《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)改革及實(shí)踐創(chuàng)新研究

徐尚中,丁新慧

（周口師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466001）

以周口師范學(xué)院為例，分析了《數(shù)字邏輯》課程目前存在的問題，對(duì)《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和探討，圍繞教材、教學(xué)方法和教學(xué)手段及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行一些創(chuàng)新研究并提出一些合理的改革措施.

數(shù)字邏輯；教學(xué)改革；實(shí)踐創(chuàng)新

1 引言

《數(shù)字邏輯》是計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是深入了解計(jì)算機(jī)內(nèi)核的一門最關(guān)鍵的基礎(chǔ)課程，是計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)體系中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，理解、掌握和拓展這門課程的內(nèi)容，對(duì)學(xué)好本專業(yè)其他相關(guān)課程有著極其重要和深刻的影響.然而近幾年來，在許多高校無論是教師教的效果還是學(xué)生學(xué)的成果都不甚令人滿意.因此，《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)改革勢(shì)在必行.

2 《數(shù)字邏輯》課程面臨的現(xiàn)狀分析

在計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)體系中，《數(shù)字邏輯》是《計(jì)算機(jī)組成原理》和《微機(jī)原理》的先修課程，開課時(shí)間一般為第二學(xué)期.然而，由于種種方面的原因，在很多高校往往并不開設(shè)該課程，有的高校雖然開設(shè)了該課程，但在主觀上并未給予高度的重視.難道《數(shù)字邏輯》課程真的過時(shí)了嗎？分析其原因，不外乎以下幾個(gè)方面：

2.1 部分高校對(duì)硬件課程重視程度低

網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展使得計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域課程越來越被眾多高校所重視，國(guó)內(nèi)很多高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)正逐漸發(fā)展為“軟件工程”和“網(wǎng)絡(luò)工程”方向.在不少高校，《數(shù)字邏輯》經(jīng)常被當(dāng)作考查課來對(duì)待；也有不少高校甚至不開《數(shù)字邏輯》和《微機(jī)原理》課程.然而，從最近幾年的就業(yè)市場(chǎng)反饋的信息來看，計(jì)算機(jī)軟件人才已經(jīng)供大于求，而熟悉硬件設(shè)計(jì)的人才則供不應(yīng)求，嵌入式系統(tǒng)及F P G A設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人才備受用人單位青睞，而這些技術(shù)的掌握都是以《數(shù)字邏輯》為基礎(chǔ)的.

2.2 學(xué)生的重視程度低，在學(xué)習(xí)該門課程時(shí)缺乏興趣

目前在不少學(xué)生中流傳著“硬件難學(xué)”、“學(xué)了也沒用”之類的觀點(diǎn)，不少學(xué)生認(rèn)為學(xué)好軟件將來可以去編程，學(xué)好硬件卻不知道將來能干什么.在這種思想的支配下，眾多高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)由于硬件資源及硬件師資又相對(duì)匱乏，便自然而然的以“以生為本”為由，忽視了《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)，使得硬件知識(shí)成為學(xué)生所掌握的知識(shí)體系中的一個(gè)缺陷.

2.3 教材內(nèi)容老化，與相關(guān)課程知識(shí)缺乏聯(lián)系

《數(shù)字邏輯》課程主要講述數(shù)字邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法.多少年來，教材的內(nèi)容很少發(fā)生變化.但是，電子技術(shù)的發(fā)展是日新月異的，數(shù)字邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法也在不斷的進(jìn)行革新.我們應(yīng)該進(jìn)行知識(shí)的更新，把傳統(tǒng)的和最新的技術(shù)結(jié)合起來.21世紀(jì)的高等教育正在對(duì)專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行系統(tǒng)的、整體的改革，其中，教材建設(shè)是改革的重要內(nèi)容之一.另外，在處理與后繼課程相關(guān)知識(shí)的聯(lián)系上，現(xiàn)有教材的內(nèi)容多與其它課程孤立，很少注重和其它相關(guān)課程的聯(lián)系和延伸.比如，在《計(jì)算機(jī)組成原理》課程中，僅僅有個(gè)別知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生感覺到確實(shí)與《數(shù)字邏輯》存在關(guān)聯(lián)，而在教材內(nèi)容的安排上，無論是《計(jì)算機(jī)組成原理》還是《數(shù)字邏輯》課程并沒有刻意去尋求二者之間知識(shí)的連續(xù)性.

2.4 教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法單一

在教學(xué)環(huán)節(jié)上，很多教師仍然在以“滿堂灌”的教學(xué)方式為主，整堂課以教師為中心，教師將書本上現(xiàn)成的內(nèi)容、公式、定理、結(jié)論講授給學(xué)生，使得學(xué)生不能主動(dòng)地去思考問題，只能機(jī)械地去記憶，這也是造成學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣的一個(gè)主要原因.

在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)上，大部分教師仍側(cè)重于理論知識(shí)的講授，致使學(xué)生在面對(duì)具體應(yīng)用問題時(shí)手忙腳亂，在實(shí)驗(yàn)方案的選擇上，仍以傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，擴(kuò)展性不足，使學(xué)生無法與實(shí)際工程項(xiàng)目接軌，不能主動(dòng)地解決實(shí)際問題.

3 《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)改革及實(shí)踐創(chuàng)新初探

創(chuàng)新是一個(gè)民族賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，同樣，一門課程的改革與創(chuàng)新也在很大程度上關(guān)系著每一個(gè)學(xué)生的未來發(fā)展方向和發(fā)展空間.以周口師范學(xué)院為例，目前，該校計(jì)算機(jī)專業(yè)共有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程和軟件工程三個(gè)本科專業(yè)，其中計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和軟件工程專業(yè)開設(shè)有《數(shù)字邏輯》課程，然而這兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生在接受能力上卻有很大差別，同樣一門課程，在不同的專業(yè)分別講授時(shí)，授課效果卻明顯不同.這說明，在授課過程中，絕對(duì)不能忽視學(xué)生的個(gè)體差異，教師必須能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和解決問題，做到因材施教.只有這樣，才能圓滿的完成教學(xué)任務(wù)，同時(shí)也能學(xué)生留下一個(gè)更大的發(fā)展空間.

3.1 針對(duì)不同個(gè)體的不同需要，整合教材內(nèi)容

借鑒其他兄弟院校的教材改革方案，考慮到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與軟件工程專業(yè)學(xué)生的個(gè)體差異，目前，周口師范學(xué)院在對(duì)《數(shù)字邏輯》進(jìn)行教材整合時(shí)，可以有兩種思路：

3.1.1 針對(duì)接受能力較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，繼續(xù)開設(shè)《數(shù)字邏輯》課程，但要結(jié)合學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的調(diào)整，注重實(shí)用性和適時(shí)性，同時(shí)要加大實(shí)驗(yàn)課程的比例.比如，在知識(shí)結(jié)構(gòu)上要實(shí)現(xiàn)從分立元件電路為主轉(zhuǎn)到以集成電路為主，從以器件內(nèi)部分析為主轉(zhuǎn)向以器件外部特性和應(yīng)用為主.教材內(nèi)容要與學(xué)生特點(diǎn)相適應(yīng)，教師要緊緊圍繞學(xué)生的需求去選取教材.[1][2]

3.1.2 針對(duì)接受能力較差的軟件工程專業(yè)的學(xué)生，將《數(shù)字邏輯》和《計(jì)算機(jī)組成原理》課程合二為一.教師在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)對(duì)象的不同合理地刪除一些比較抽象難懂的知識(shí)，讓學(xué)生掌握基本的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計(jì)方法即可.這樣就可以節(jié)省大量的時(shí)間去開展“訂單式”教育[3]，學(xué)校根據(jù)社會(huì)的需求去培養(yǎng)人才，采取校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的方式.以就業(yè)為導(dǎo)向，以能力為本位，學(xué)校一方面為企業(yè)培養(yǎng)了專用人才，同時(shí)也解決了學(xué)生的就業(yè)問題.

3.2 改進(jìn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法，提倡教學(xué)主體的多元化

教學(xué)方法的科學(xué)性與合理性對(duì)教育教學(xué)效果起著決定性的作用.教師應(yīng)在教學(xué)中善于思考、積極探索和運(yùn)用多種教學(xué)手段和教學(xué)方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點(diǎn)，努力提高教學(xué)效率.同時(shí)，作為教學(xué)過程的組成部分，教師、學(xué)生和社會(huì)均應(yīng)起到相應(yīng)的作用.

3.2.1 以教師為主體，課堂上提倡“啟發(fā)式”教學(xué)方法

給合周口師范學(xué)院軟件工程專業(yè)學(xué)生現(xiàn)階段存在的問題，學(xué)生之所以認(rèn)為計(jì)算機(jī)硬件離他們很遙遠(yuǎn)是因?yàn)樗麄兏杏X不到計(jì)算機(jī)硬件與日常生活中遇到問題之間的聯(lián)系，學(xué)生之所以認(rèn)為計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)很難懂是因?yàn)楹芏嘤?jì)算機(jī)硬件類課程在授課過程中只側(cè)重于理論知識(shí)的講解，缺乏動(dòng)手與實(shí)踐環(huán)節(jié).而事實(shí)上《數(shù)字邏輯》課程的實(shí)用性很強(qiáng)，現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)字產(chǎn)品很多，如交通信號(hào)燈、數(shù)字顯示系統(tǒng)、各類家用電器和計(jì)算機(jī)等.因此，在課堂上，教師作為教學(xué)過程中的主體要充分發(fā)揮其引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生克服“欺軟怕硬”[4]的心理.在授課過程中要注意采用現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例及遇到的實(shí)際問題來激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)的去學(xué)習(xí).

3.2.2 以學(xué)生為主體，課外提倡基于“P B L”的學(xué)習(xí)模式

P B L（P r o b l e m-B a s e d L e a r n i n g）[5]的中文意思是“基于問題學(xué)習(xí)”，基本思路是以問題為中心來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程，表現(xiàn)形式是：以學(xué)生為主體，以小組討論的形式，在教師參與和指導(dǎo)下，圍繞某一具體問題開展研究和學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力.在“P B L”模式中，教師是參與者，學(xué)生是活動(dòng)的主體，它要求學(xué)生要學(xué)會(huì)主動(dòng)地去尋找學(xué)習(xí)中的問題，然后帶著問題，在自己能力所及的范圍內(nèi)概括和應(yīng)用知識(shí)、運(yùn)用科學(xué)的方法去分析和解決問題.在具體的實(shí)施過程中，可以有提出問題、分析問題、解決問題、方案討論和總體評(píng)價(jià)等多個(gè)環(huán)節(jié).比如，在具體的邏輯設(shè)計(jì)中，某個(gè)問題的設(shè)計(jì)可以有邏輯門實(shí)現(xiàn)、中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)等多個(gè)方法.學(xué)生可以在討論的過程，掌握其方法，比較其優(yōu)劣.

3.2.3 以社會(huì)為主體，提倡任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)模式

無論是開設(shè)哪一門課程，其最終目的都是為社會(huì)服務(wù)的.任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[6]就是以社會(huì)為出發(fā)點(diǎn)，使學(xué)生在一個(gè)經(jīng)典任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，展開實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生由簡(jiǎn)到繁、由易到難、循序漸進(jìn)地完成一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)真正的與社會(huì)接軌，從而達(dá)到梳理知識(shí)脈絡(luò)和鍛煉設(shè)計(jì)思維的目的.在《數(shù)字邏輯》課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式中，教師主要負(fù)責(zé)為學(xué)生提供實(shí)踐教學(xué)要求的任務(wù)，并介紹相關(guān)工具的使用方法.實(shí)踐教學(xué)中的所有任務(wù)均來自于學(xué)生所學(xué)知識(shí)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用.教師要認(rèn)真地把握這些任務(wù)的難易程度，包括任務(wù)可能涉及的問題和相應(yīng)的處理經(jīng)驗(yàn)等等.在這種環(huán)境下，教師不再是知識(shí)和理論的傳授者，而是一個(gè)實(shí)踐任務(wù)的向?qū)?只有當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，教師才進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo).學(xué)生在明確任務(wù)后則主動(dòng)地去學(xué)習(xí)教材上相關(guān)知識(shí)、上網(wǎng)查找資料、制定設(shè)計(jì)方案、再經(jīng)過不斷修改和完善，直到任務(wù)圓滿完成.這樣就能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性.當(dāng)學(xué)生完成任務(wù)之后，他們也達(dá)到了掌握知識(shí)、提高能力的目的.周口師范學(xué)院在進(jìn)行院系調(diào)整以后，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硬件師資得到大量了補(bǔ)充，完全有條件針對(duì)《數(shù)字邏輯》課程開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)模式.

4 結(jié)束語

完善計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)的知識(shí)體系、提高學(xué)生綜合能力是一項(xiàng)系統(tǒng)工程.《數(shù)字邏輯》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門硬件基礎(chǔ)課程，其重要性是不容忽視的.在《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中，教師只有善于思考、積極探索并靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段，因材施教、與時(shí)俱進(jìn)，才能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率，更好的完成教學(xué)任務(wù).

〔1〕張宵光.電子信息工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革措施[J].職業(yè)技術(shù)教育,2008（11）.

〔2〕陳振源.關(guān)于《電子線路》教材改革的思考與探索[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育,2007（10）.

〔3〕王建林,徐漪平.“訂單+冠名辦班”人才培養(yǎng)模式的實(shí)踐與思考[J].職業(yè)技術(shù)教育,2008（23）.

〔4〕詹瑾瑜,廖建明.數(shù)字邏輯課程教學(xué)方法研究與探討[J].計(jì)算機(jī)教育,2011（2）.

〔5〕季偉東.基于PBL教學(xué)模式的數(shù)字邏輯課程教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育,2011（22）.

〔6〕肖志勇,楊小玲，等.基于EDA與任務(wù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字邏輯實(shí)踐教學(xué)模式探討[J].教育教學(xué)論壇,2011（34）.

G 642

A

1673-260X（2012）07-0220-02

周口師范學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目（J2010086）