泛在微課環(huán)境下《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程一體化教學(xué)改革

陳棟，曾偉

（九江學(xué)院電子工程學(xué)院,江西 九江 332005）

泛在微課環(huán)境下《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程一體化教學(xué)改革

陳棟，曾偉

（九江學(xué)院電子工程學(xué)院,江西 九江 332005）

為提高教學(xué)質(zhì)量，通過(guò)構(gòu)建泛在微課環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生課外自我學(xué)習(xí)課程的基本知識(shí)點(diǎn)，課內(nèi)采用一體化教學(xué)模式，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。通過(guò)改革教學(xué)模式，學(xué)生的創(chuàng)新能力及綜合素養(yǎng)得到提高。

泛在學(xué)習(xí);微課；構(gòu)建；一體化教學(xué)

一、引言

近年來(lái)，隨著智能移動(dòng)終端的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在學(xué)習(xí)方式（U-Learning）逐步在各類(lèi)課程教學(xué)中得到應(yīng)用。泛在學(xué)習(xí)隨時(shí)隨地的特性使得學(xué)習(xí)方式具有學(xué)習(xí)時(shí)間零散、學(xué)習(xí)內(nèi)容碎片化的特點(diǎn)。微課的碎片化、形式多元化、移動(dòng)性等特點(diǎn)正符合泛在學(xué)習(xí)時(shí)代課程教學(xué)的需求，泛在微課環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)已成為一種新的趨勢(shì)，也為教學(xué)方式的改革迎來(lái)新的契機(jī)。

《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的重要課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生轉(zhuǎn)變《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的電路設(shè)計(jì)思維，掌握自上而下及從不同層次來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字電路的方法。利用QUARTUSⅡ軟件對(duì)實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后載入芯片完成設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程教學(xué)環(huán)節(jié)由獨(dú)立的理論、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)構(gòu)成。本文對(duì)課程教學(xué)的改革進(jìn)行了研究，基礎(chǔ)知識(shí)利用泛在微課進(jìn)行學(xué)習(xí)，課堂上進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，實(shí)施一體化教學(xué)。一體化的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)各環(huán)節(jié)的獨(dú)立性。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程中掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)與基本技能，進(jìn)而有效提升學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、泛在微課環(huán)境構(gòu)建

（一）學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建

當(dāng)代大學(xué)生普遍習(xí)慣使用微博及微信進(jìn)行互相溝通交流。可以通過(guò)微博及微信構(gòu)建具有持續(xù)性、即時(shí)性、交互性、情景性和易獲取性的泛在微課環(huán)境。在此環(huán)境中能夠私聊、多人群聊、互相評(píng)論，進(jìn)行交互式自主學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)資源可相互共享并重復(fù)使用，自由選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)，自由選擇所需的教學(xué)PPT、微課、習(xí)題等各類(lèi)教學(xué)文件，做到無(wú)縫學(xué)習(xí)。豐富的聲音，圖片，視頻等學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）學(xué)習(xí)資源構(gòu)建

泛在環(huán)境的學(xué)習(xí)資源是整個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心部分，為保證教學(xué)效果，應(yīng)搭建全面立體的學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)資源的主要構(gòu)成有：（1）知識(shí)點(diǎn)列表及關(guān)系圖，學(xué)生通過(guò)該文檔應(yīng)對(duì)本門(mén)課程的整體知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成及相互關(guān)系有所了解，了解課程的重難點(diǎn)，方便自主選擇所需內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。（2）微課，對(duì)基本語(yǔ)句語(yǔ)法、常用的簡(jiǎn)單模塊、綜合應(yīng)用項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路制作微課，以供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。基本語(yǔ)句語(yǔ)法是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的重要基礎(chǔ)，而學(xué)習(xí)過(guò)程卻較為枯燥，所以該部分的微課制作顯得尤為重要，應(yīng)充分應(yīng)用新軟件、新技術(shù)、新思路，把枯燥的語(yǔ)句語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)成形象生動(dòng)、形式多樣、易被學(xué)生接受的微課視頻，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程環(huán)節(jié)必須完整，包括相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、應(yīng)用情境、示范、歸納與小結(jié)。（3）綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，緊密結(jié)合當(dāng)前行業(yè)需求與知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)多層次的項(xiàng)目練習(xí)，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，項(xiàng)目難度不一，學(xué)生可根據(jù)自我需求選擇適合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，形成完整的知識(shí)體系。（4）相關(guān)教學(xué)文件，包括教學(xué)PPT課件、教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、習(xí)題、拓展資料等。讓學(xué)生了解課程的學(xué)習(xí)要求及學(xué)習(xí)安排，有利于自我安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，按需學(xué)習(xí)。

三、一體化教學(xué)改革

（一）改革的必要性

隨著PLA和FPGA芯片技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子、通訊等領(lǐng)域的產(chǎn)品中。自動(dòng)控制、電信工程、移動(dòng)通信類(lèi)企業(yè)都急需數(shù)字邏輯電路的分析設(shè)計(jì)型人才。當(dāng)前，國(guó)家正在推進(jìn)部分地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，在此新形式下，本科院校有必要開(kāi)展一體化教學(xué)模式改革，增強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

傳統(tǒng)教學(xué)模式一般先講授VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)法及語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)過(guò)程較為枯燥泛味，然后學(xué)習(xí)使用QUARTUSⅡ軟件進(jìn)行常用組合邏輯電路及時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行1到2個(gè)完整數(shù)字系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。教學(xué)模式中理論與實(shí)驗(yàn)相分離，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目簡(jiǎn)單且與當(dāng)前行業(yè)需求結(jié)合不夠。大多數(shù)的VHDL類(lèi)教材在前面章節(jié)也會(huì)列舉較多的語(yǔ)句及關(guān)鍵詞，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)覺(jué)得知識(shí)點(diǎn)較多且關(guān)聯(lián)度不高，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)基本語(yǔ)法時(shí)積極性不高，失去了學(xué)習(xí)興趣，影響整體教學(xué)效果。

QUARTUS II支持.VHD或.BDF文件作為頂層文件。文本及模塊的編譯都必須符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，有規(guī)范的操作流程。只有通過(guò)一體化教學(xué)，當(dāng)QUARTUS II提示錯(cuò)誤，無(wú)法成功編譯，不斷進(jìn)行調(diào)試，最終成功編譯，通過(guò)開(kāi)發(fā)板或?qū)嶒?yàn)箱能夠同步能夠看到預(yù)期結(jié)果。能夠強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知，這樣的教學(xué)效果僅僅通過(guò)理論教學(xué)是無(wú)法達(dá)到的。

傳統(tǒng)考核方式一般為筆試，總評(píng)成績(jī)由筆試、實(shí)驗(yàn)、平時(shí)等各項(xiàng)成績(jī)構(gòu)成。這樣的考核模式下，筆試成績(jī)往往占據(jù)了總評(píng)成績(jī)的較大比例。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中固然會(huì)更重視理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，但往往會(huì)忽略動(dòng)手能力的提高，違背了培養(yǎng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)應(yīng)用型人才的教學(xué)目的。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革

VHDL語(yǔ)言雖然語(yǔ)句語(yǔ)法較多，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)只有一些常見(jiàn)語(yǔ)句，沒(méi)有必要先期學(xué)完所有語(yǔ)句語(yǔ)法再進(jìn)行模塊或項(xiàng)目設(shè)計(jì)，只需使學(xué)生明白一個(gè)完整設(shè)計(jì)實(shí)體的基本結(jié)構(gòu)即可。完整的語(yǔ)句語(yǔ)法知識(shí)適用生動(dòng)的微課形式以供有需要的學(xué)生在泛在環(huán)境中自主學(xué)習(xí)。通過(guò)一體化教學(xué)將淡化基礎(chǔ)語(yǔ)句語(yǔ)法的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)思路，而且學(xué)習(xí)的理論知識(shí)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)板或?qū)嶒?yàn)箱馬上得到實(shí)際驗(yàn)證，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生自主進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的積極性。

課堂上采用一體化的教學(xué)模式，通過(guò)驗(yàn)證型項(xiàng)目和綜合設(shè)計(jì)型項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生以完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)為目的進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。驗(yàn)證型項(xiàng)目有多路選擇器、N位全加器、M-N編碼器、N位乘法器、移位寄存器、七段譯碼顯示等。完成若干個(gè)驗(yàn)證型項(xiàng)目后，學(xué)生應(yīng)該掌握設(shè)計(jì)實(shí)體的常用語(yǔ)句及基本結(jié)構(gòu)，能夠從不同層次用多種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及不同的頂層文件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯功能。轉(zhuǎn)變前期課程《數(shù)字電子技術(shù)》自下而上設(shè)計(jì)數(shù)字電路的思維模式，利用VHDL語(yǔ)言自上而下進(jìn)行編程，載入芯片實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能，設(shè)計(jì)數(shù)字電路時(shí)不必過(guò)多考慮硬件條件。例如：多路選擇器要求用并行WHEN ELSE語(yǔ)句從輸入輸出關(guān)系、邏輯操作符從內(nèi)部結(jié)構(gòu)、串行IF語(yǔ)句從輸入輸出關(guān)系3種描述方法進(jìn)行編程，經(jīng)過(guò)編譯、仿真、引腳配置，最后載入FPGA芯片，驗(yàn)證邏輯通能；編碼器的設(shè)計(jì)包括4-2編碼器、8-3編碼器、16-4編碼器、譯碼器。

綜合設(shè)計(jì)型項(xiàng)目有：LED點(diǎn)陣控制器、電子密碼鎖、LCD顯示驅(qū)動(dòng)、數(shù)字頻率計(jì)、VGA彩色圖像顯示控制、步進(jìn)電機(jī)PWM控制、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器等。教學(xué)重點(diǎn)不再是基礎(chǔ)的編程及設(shè)計(jì)實(shí)體的結(jié)構(gòu)，而是整體設(shè)計(jì)項(xiàng)目及拆分項(xiàng)目，將復(fù)雜項(xiàng)目分解為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單模塊。例如：電子密碼鎖分解為消抖、數(shù)碼管顯示、譯碼、分頻、數(shù)據(jù)選擇器、計(jì)數(shù)器等模塊；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器分解為定制ROM、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較器等模塊。LED點(diǎn)陣控制器分解為4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器、掃描、點(diǎn)陣顯示控制等模塊。通過(guò)綜合設(shè)計(jì)型項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以加強(qiáng)鞏固前期所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及自主學(xué)習(xí)所需要的語(yǔ)句和調(diào)用模塊，將這些知識(shí)點(diǎn)融為一體，綜合應(yīng)用，學(xué)會(huì)創(chuàng)新思維。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生是設(shè)計(jì)主題，教師幫助學(xué)生在泛在微課環(huán)境下學(xué)習(xí)前期基本知識(shí)，提供設(shè)計(jì)思路，幫助解決設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生的疑問(wèn)。

（三）考核方式的改革

新的考核方式為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，主要考察學(xué)生工程應(yīng)用能力?？傇u(píng)成績(jī)依據(jù)平時(shí)成績(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)綜合評(píng)定。平時(shí)成績(jī)由考勤、學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂項(xiàng)目練習(xí)等構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目隨機(jī)抽取或教師指定，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，主要考核學(xué)生程序編寫(xiě)能力及編譯仿真、對(duì)項(xiàng)目的分析能力及設(shè)計(jì)思路、硬件調(diào)試及實(shí)現(xiàn)。平時(shí)成績(jī)中的課堂項(xiàng)目練習(xí)在總評(píng)成績(jī)中所占比重也較高，在課堂教學(xué)中，對(duì)每一次學(xué)生的項(xiàng)目練習(xí)情況均做登記，最后匯總，由此引導(dǎo)學(xué)生注重日常實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

泛在微課環(huán)境能夠培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)意識(shí)，獲得自我發(fā)展，是真正以學(xué)生為中心的、自主的、個(gè)性化的學(xué)習(xí)。一體化教學(xué)模式讓學(xué)生在不同的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，將各自獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)逐步融會(huì)貫，綜合應(yīng)用，最終形成數(shù)字邏輯電路，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)出更符合行業(yè)需求的高素質(zhì)人才，為高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)發(fā)揮了有效保障的作用。一體化教學(xué)模式的改革對(duì)教師也提出了更高要求，需不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)水平，更好的為教學(xué)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)共長(zhǎng)的正向激勵(lì)、良性循環(huán)。

[1]張偉龍.基于情境感知的泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué),2016：23.

[2]魏雪峰,楊現(xiàn)民,張玉梅.移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代碎片化學(xué)習(xí)資源的適用場(chǎng)景與高效管理 [J].中國(guó)電化教育,2017,(05):117-122.

[3]劉立云,張麗萍,王永花.交互式微課的設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)教育信息化,2017,(08):44-46.

[4]杜棋東,許愛(ài)軍.微信支持下微課學(xué)習(xí)影響因素分析[J].中國(guó)教育信息化,2017,(05):77-80.

[5]秦永麗.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的微課設(shè)計(jì)與翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用——評(píng) 《微課程設(shè)計(jì)制作與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)應(yīng)用》[J].中國(guó)教育學(xué)刊,2016,(11):116.

G642

A

1671－5993（2017）03－0068－03

2017-07-01

江西省教育科學(xué)"十三五"規(guī)劃2016年度課題（編號(hào)16YB146）；九江學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：XJJGYB-17-05；XJJGYB-16-14；XJJGYB-15-13）

陳棟（1982-），男，江西九江人，碩士，講師，研究方向：電子教學(xué)及教育信息化。曾偉（1984-），男，江西吉安人，博士，講師，研究方向：電子教學(xué)及教育信息化。