引導式討論在小班研討教學中的應用

袁小坊　鄺繼順

摘要：當前本科小班研討課面臨學生學習習慣的改變、學習興趣的提升等問題，文章介紹數字邏輯教學中的兩次討論課設計，采用引導式討論法，設計多個彼此關聯的小問題，交由學生課后思考，教師采用圖形、仿真與更形象的口頭表述引導學生積極地參與討論，幫助學生更快地突破知識理解上的盲點和障礙。

關鍵詞：小班研討：引導式討論；鎖存器；觸發(fā)器

0 背景

小班研討課是世界一流大學教學實踐中廣泛采用、行之有效的一種重要教學組織形式。目前國內大學也在極力推廣這種教學模式，希望通過這種教學方式給予學生求知動力，激發(fā)他們的學習興趣與探索精神，培養(yǎng)和提升學生自主學習、批判分析、創(chuàng)新思考、交流表達和團隊合作等能力，全面提升學生的學術素養(yǎng)和綜合能力。但任何一種好方法的應用都必須因地制宜，考慮實際情況與應用環(huán)境，否則很難達到預期目的，甚至可能得到相反的結果。

1 小班研討課面臨的問題

1.1 學習習慣

首先面臨的一個難點是學生學習習慣的改變。大班授課中，學生基本上是被動的，而在小班授課中，要求學生變得主動。中國學生在長期應試教育中形成的被動學習習慣是一個很大的障礙，在實際的教學過程中，一個普通小班中能主動發(fā)言并上臺討論的學生只有那么幾個，大多數學生都羞于表現，即使勉強上臺也是應付式的，與老師的設想相差很大。中國學生的這種特點甚至讓美國大學也感到頭疼，由于來自中國的留學生越來越多，美國大學某些課程班的非中國學生紛紛逃離，因為“課堂上太安靜了”，對于美國大學的教師來說這是一種挑戰(zhàn)，“如何影響他們？如何讓他們參與？這都是傷腦筋的事?！痹谥袊髮W里，某些精英班級的學生主動性比較好，但普通班級的學生就要差很多，況且改變習慣不是一天兩天就能完成的，教師面臨的挑戰(zhàn)很大，

1.2 學習興趣

其次面臨的是學生的學習興趣問題..學生的學習興趣同時還受到社會的影響，應試教育、社會壓力與功利性學習目的大大束縛了學生的思維、膽量與想象力。同樣的年紀，16歲的愛因斯坦暢想著與光一起旅行，而我們的學生則埋身在一遍遍復習與考試之中，為高分而奮斗?，F在的大學生學習的目的最低就是應付考試、拿文憑，最高也不過是找個好工作、當個旱澇保收的公務員或考研。那種與生俱來的好奇心與探究興趣早已被壓抑，仰望星空的美麗終抵不過現實的骨感，校園本身不清凈，學生亦難以安心。在小班研討課中，教師肩負著重新喚醒學生的探究興趣的責任，這一過程也不是一蹴而就的。

1.3 時間與情緒

學生的時間與情緒也是不得不面臨的問題。目前學生的負擔還是蠻重的，隨著課程改革的進行，除上課外，學生面臨著大量的課后作業(yè)、課前研討準備、課后實驗，學生還是有一些怨言的，對新教學模式的不適應也會使學生產生焦慮情緒。如果學生總是處于被動且疲于應付的狀態(tài)，學習效果自然會大打折扣。

1.4 知識基礎

另外，受知識基礎與知識獲取能力的限制，大部分低年級學生的思維還不容易展開，難以獨立進行有一定深度的問題研討。

2 引導式討論教學法

在分析當前小班研討教學所面臨問題的基礎上，我們在具體的小班研討教學過程中探索了不同的教學方式，引導式討論方法是其中的一種。從教學效果來看，學生感覺收獲較大，效率也較高。下面，我們以數字邏輯教學中的兩次討論課為例來進行說明。

時序電路基礎部件是數字邏輯教學中的一個難點，大部分學生都會有疑問：為何沒有任何記憶功能的組合電路經過設計后能變得有記憶功能，且能在時鐘脈沖的控制下進行工作？鎖存器（latch）與觸發(fā)器（flip-flop）有什么區(qū)別？脈沖觸發(fā)器與邊沿觸發(fā)器有什么區(qū)別？即使反復看教材，仍然很困惑。

根據大班授課時學生所感到疑惑的知識點，我們采用引導式討論方法設計了兩次討論課。引導式討論方法就是根據當前教學的情況，設計多個小問題，這些問題彼此關聯，切合學生所面臨的難點，交由學生課后思考，小班研討時，在教師的引導下學生逐一對問題進行討論，提出自己的觀點，然后由老師總結，并給出正確的結果。

2.1 時序電路第一堂討論課

第一堂討論課要解決對基本概念、基本部件機制的透徹理解，設計的問題如下。

1）時序電路記憶部件類型。

請解釋以下名稱的區(qū)別與關系。

國內教材中：基本觸發(fā)器、電平觸發(fā)器（鐘控觸發(fā)器）、主從觸發(fā)器（脈沖觸發(fā)器）、邊沿觸發(fā)器。

國外教材中：基本鎖存器、帶控鎖存器、脈沖觸發(fā)器（Pulse-Triggered Flip-Flop）、邊沿觸發(fā)器（Edge-Triggered Flip-Flop）。

2）什么是“空翻”，如何解決？

3）為什么主從SR觸發(fā)器會有“1—捕獲”錯誤？

4）為什么主從SR觸發(fā)器是脈沖觸發(fā)而不是邊沿觸發(fā)？

5）主從D觸發(fā)器為什么沒有“1—捕獲”錯誤？

6）主從D觸發(fā)器一定是邊沿觸發(fā)器？

問題1）主要源自于以前國內教材把鎖存器與觸發(fā)器當成一個東西，學生看相關資料時會有疑惑，在國外教材中，鎖存器與觸發(fā)器是嚴格區(qū)分的：

However，some textbooks and digital designers may（incorrectly）use the name“flip-flop”for a device that we call a“l(fā)atch”.

Flip-flop differs from latches due tO the triggering method used.Latches are not pulse or clock edge triggered and flip-flops are.

In this sense，the latch is transparent，since itsvalue can be seen from the outputs while the controlinputis 1.endprint

鎖存器是最基礎的存儲器件，是觸發(fā)器的構成核心。

The most basic storage elements are latches，from which flip-flops are usually constructed.

問題2）考查學生對“空翻”的理解，圖1采用主從SR觸發(fā)器解決一個時鐘周期內輸入信號的多次改變會導致輸出信號多次改變的問題。

問題3）與問題4）可以說是一個問題，主從SR觸發(fā)器解決空翻問題，但存在“1—捕獲”錯誤。如圖2所示，當在一個時鐘脈沖的高電平前部，S端輸入了一個高電平干擾窄脈沖，會使Y置高電平，即使窄脈沖消失后，Y仍然會保持高電平，最后導致時鐘脈沖變?yōu)榈碗娖綍r，Q端會輸出高電平，這是我們不希望產生的結果。這說明主從SR觸發(fā)器的抗干擾能力有缺陷，同時我們也看到主從SR觸發(fā)器的輸入在時鐘高電平期間的變化可能影響到輸出，所以稱之為脈沖觸發(fā)器，有的主從觸發(fā)器會產生“0—捕獲”錯誤，它們都屬于脈沖觸發(fā)器，而非邊沿觸發(fā)器。

問題5）與問題6）實際上也是一個問題，圖3中的負邊沿D觸發(fā)器也是主從結構，但由于主D鎖存器的特點，邊沿D觸發(fā)器可以避免“1—捕獲”或“0—捕獲”的錯誤。邊沿D觸發(fā)器在脈沖邊沿變化的一瞬間，輸出只與離時鐘邊沿變化最近的一次輸入有關，所以稱為邊沿觸發(fā)器，具有更強的抗干擾能力。

綜合以上4個問題的答案，就可以解決學生心中一個最大的疑惑：為什么說脈沖觸發(fā)器的輸出與脈沖整個正電平期間的輸入變化有關系，而邊沿觸發(fā)器則不是：

“The logic symbol for the master/slave S-Rflip-flop does not use a dynamic-input indicator.because the flip-flop is not truly edge triggered.”“Flip-flops with this kind of behavior are sometimescalled pulse-triggered flip-flops”

2.2 時序電路第二堂討論課

在第一堂討論課的基礎上，第二堂討論課幫助學生更深入地思考問題，并開闊學生的眼界，設計問題如下：

1）是否只有主從D觸發(fā)器才是邊沿D觸發(fā)器？

2）是否還有其他類型的邊沿D觸發(fā)器？

3）邊沿觸發(fā)只有上升沿與下降沿模式嗎？

4）什么是單一時鐘？

5）觸發(fā)器定時：建立時間、保持時間

6）有了觸發(fā)器后，鎖存器是不是就沒有用了？

問題1）與問題2）引導學生思考，實現邊沿觸發(fā)器的方法不是只有一種，由于教材中只給出了主從結構邊沿D觸發(fā)器的例子，所以在討論課中分別給出另外兩種實現方式，并由學生理解討論期中的實現機制。

圖4是由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成的主從式D觸發(fā)器。該觸發(fā)器利用4個傳輸門交替地開通和關閉，將觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉控制在CP下降沿到來的一瞬間，并接收CP下降沿到來前一瞬間的D信號。該電路為主從結構，具有邊沿觸發(fā)器的特性。

圖5是維持阻塞D觸發(fā)器。由于置1維持線與置0阻塞線的作用，當觸發(fā)器處于狀態(tài)1時，即使輸入D由1變?yōu)?，觸發(fā)器仍保持狀態(tài)1。同理，當觸發(fā)器處于狀態(tài)0時，由于置0維持線和置1阻塞線的作用，即使輸入D由0變?yōu)?，觸發(fā)器仍保持狀態(tài)0不變。這樣，就保證觸發(fā)器在時鐘信號作用期間只變化一次，從而有效地杜絕了“空翻”，且沒有“1—捕獲”或“0—捕獲”的錯誤。維持阻塞D觸發(fā)器的機制較難理解，采用Proteus做仿真電路并逐步演示，學生很快就理會出其中的奧秘。

通過將這兩個電路與教材中的電路進行比較，學生討論之后，很快得出結論：維持阻塞D觸發(fā)器的成本是最低的。

問題3）引導學生思考邊沿觸發(fā)的應用方式。教材中給出的電路或采用上升沿觸發(fā)，或采用下降沿觸發(fā)，近十多年隨著技術的發(fā)展，芯片設計上已經有了很大的進步，比如DDRRAM（DoubleData Rate SDRAM）就同時采用了上升沿與下降沿都傳送數據的方法，在相同工作頻率下，數據傳送率提高到SDRAM的兩倍，如圖6。

問題4）引導學生思考一個時序電路中是否只能有一個時鐘信號？教材中的例子都是單一時鐘的。圖7中，DDR中采用了差分時鐘CK#，差分時鐘是DDR的一個必要設計，但CK#的作用，并不能理解為第二個觸發(fā)時鐘，而是起到觸發(fā)時鐘校準的作用。由于數據是在CK的上下沿觸發(fā)，造成傳輸周期縮短了一半，因此必須要保證傳輸周期的穩(wěn)定以確保數據的正確傳輸，這就要求CK的上下沿間距要有精確地控制。然而因為溫度、電阻性能的改變等原因，CK上下沿間距可能發(fā)生變化，此時與其反相的CK#就起到糾正的作用（如果CK上升快、下降慢，則CK#就會上升慢、下降快）。在更復雜的電路中，人們會采用時鐘域設計。

問題5）引導學生思考邊沿觸發(fā)器對建立時間與保持時間的要求。

問題6）引導學生結合第一節(jié)討論課的內容，回想并思考。鎖存器是構成觸發(fā)器的核心部件，由于鎖存器有缺點，是不是鎖存器就不能獨立使用了呢？實際上鎖存器相對觸發(fā)器來說，有它的優(yōu)點：器件簡單、面積小、速度快，所以在CPU的設計中常采用鎖存器，關鍵是要保證信號的質量。

2.3 課堂反饋

積極參與這兩節(jié)研討課的學生基本上能將以上所有小問題都搞清楚，很多同學恍然大悟，他們感嘆，以前課后看書，有些地方一大段一大段的，很難看懂，總感覺抓不住要害；研討課則能激發(fā)自己的思維，抓住關鍵點，往往一下子就找到了感覺，有些同學下課時竟還有意猶未盡之感。

教材上的書面文字受各方面的限制，表達力總還是有限的。不同于大班授課，研討課中教師可以不受特定教材內容與編排的限制，自由綜合相關資料，采用圖形、仿真與更形象的口頭表述引導學生積極地參與討論，確實能幫助學生更快地突破理解上的盲點或障礙。教師設計的小問題也能啟發(fā)學生如何自己去思考、理解教材，如何提問。因為要提高思維能力，首先要學會提問，正如愛因斯坦所說“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決一個問題也許僅是一個數學上的或是實驗的技能，而提出新的問題，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的真正進步”。endprint

3 小班研討課對教師的要求

引導式討論中小問題的設計是關鍵，教師要能體會到學生的難處，設計問題要細致、動中肯綮，視野開闊。魯迅先生曾說過：“一條小溪，清澈見底，淺就淺吧，一潭污水，誰知道他有多深”。在討論課中，通過對小問題的逐步討論、剖析，教師給學生展現的就是一條清澈見底的小溪，學生自然感覺通透清涼。

小班研討授課模式對于教師來說是一種考驗，也是一種成長機會。小班研討課不同于傳統(tǒng)的大班授課，也不同于習題課、答疑課，是一種更接近柏拉圖學園（Plato academy）的學習模式，對教師的綜合素質要求更高，教師需要擺脫教材內容與編排的限制，自由綜合更多的相關資料在與學生的實時互動中，教師動用的資源不儀儀與本教材、本課程、本學科相關，還與他的實踐經驗、人生閱歷、知識視野、人文修養(yǎng)、個人情趣緊密相連。課程就是教師的產品，技術層面創(chuàng)造價格，而品位格調提升價值，一位優(yōu)秀教帥的課程品格極具個人特性，難以完全復制。正是如此，Bill.Gates才表示“愿意犧牲很多東西云換取Steve.Jobs的品味（I would give a lot to haveSteves taste.）”，其實世上萬事皆殊途同歸

4 結語

在目前的實際條件下，引導式討論教學法客觀上起到扶著學生前進的作用，也相對減輕了新教學模式下學生的焦慮與不適應。圖形、仿真、形象的口頭表述以及實時的討論可突破教材書面文字表現力的局限，更快地幫助學生掌握好知識的難點，提升思維水平，開闊眼界，提高學習效率，教學效果很明顯。經過多個學期多門課程的小班研討訓練，學生的各方面能力均有所長進，教學方法也應隨之調整，讓學生在研討中擔當更主動的角色。當然，大環(huán)境不變，僅靠小班研討課無法解決學生的全部問題。

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（編輯：白杰）endprint