應(yīng)用型本科數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

劉華艷

（湘南學(xué)院軟件與通信工程學(xué)院，郴州 423000）

應(yīng)用型本科數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

劉華艷

（湘南學(xué)院軟件與通信工程學(xué)院，郴州 423000）

應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的應(yīng)用技術(shù)型人才為目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在其人才培養(yǎng)過程中起著關(guān)鍵作用?！稗D(zhuǎn)型”后，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排上，應(yīng)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)；在教學(xué)手段上，要利用現(xiàn)代教育技術(shù)突破實(shí)驗(yàn)的時(shí)空限制；在教學(xué)方式上，要“以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的主體作用；在課程考核上，要采用學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的形成性考核方式。通過改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，取得良好的教學(xué)效果。

應(yīng)用型本科；人才培養(yǎng)；數(shù)字邏輯；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

0 引言

2014年李克強(qiáng)總理在國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議中提出“引導(dǎo)一批普通本科高校向應(yīng)用技術(shù)型轉(zhuǎn)型”。教發(fā)【2015】7號(hào)文件《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》中指出“推動(dòng)轉(zhuǎn)型發(fā)展高校把辦學(xué)思路真正轉(zhuǎn)到服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展上來(lái)，轉(zhuǎn)到產(chǎn)教融合校企合作上來(lái)，轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才上來(lái)，轉(zhuǎn)到增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力上來(lái)，全面提高學(xué)校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的能力。[1]”由此可見，在高校轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變是一個(gè)關(guān)鍵。

應(yīng)用技術(shù)型本科院校以培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的應(yīng)用技術(shù)型人才為目標(biāo)，在人才培養(yǎng)上側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，要能夠?qū)I(yè)知識(shí)和研究成果應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中[2]。因此在培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了不可或缺的關(guān)鍵作用。

《數(shù)字邏輯》課程是一門工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字邏輯課程教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)該門課程理論教學(xué)的一個(gè)延續(xù)和補(bǔ)充，更是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的關(guān)鍵。通過實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維，為學(xué)生將來(lái)走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，在應(yīng)用技術(shù)型高校的數(shù)字邏輯課程教學(xué)改革中，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程的改革必須放在首位。

1 數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及問題

目前，大多數(shù)地方本科院校在數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)上仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即讓學(xué)生利用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。這種模式下，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的主要問題如下：

（1）教學(xué)內(nèi)容過于陳舊

隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用，目前數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)化為“硬件設(shè)計(jì)軟件化”了。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，F(xiàn)PGA可編程芯片和VHDL語(yǔ)言編程被廣泛使用。

而在實(shí)際教學(xué)中，大多數(shù)高校對(duì)數(shù)字邏輯課程的課時(shí)安排為64學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。由于課時(shí)較少，理論教學(xué)仍然以傳統(tǒng)的組合邏輯電路分析和設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路分析和設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，在電路設(shè)計(jì)時(shí)通常采用小規(guī)模門電路或MSI中規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)課是對(duì)理論知識(shí)的一個(gè)鞏固和應(yīng)用，受理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容常以簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，少量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也是以門電路或MSI芯片來(lái)完成的，與實(shí)際生產(chǎn)生活嚴(yán)重脫節(jié)。

（2）教學(xué)手段過于落后

目前，大多數(shù)高校仍然是以實(shí)驗(yàn)箱和邏輯門來(lái)完成數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于實(shí)驗(yàn)箱在多年的頻繁使用中，可能存在部分損壞，而芯片這類耗材更是存在大量的損壞，當(dāng)學(xué)生使用了損壞的元器件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在花費(fèi)了大量時(shí)間連線后，仍然得不到正確結(jié)果，需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)排除故障。這樣一來(lái)，就大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。且在該模式下，學(xué)生主要扮演接線員的角色，缺乏對(duì)問題的思考和探索。

（3）教學(xué)方式過于保守

由于實(shí)驗(yàn)箱是不能外借的，為了保證大多數(shù)學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大多數(shù)高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上仍然是以教師為中心。即在實(shí)驗(yàn)課開始的前15-20分鐘，由教師將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求、步驟等事先傳授給學(xué)生。這種“授之以魚”的教學(xué)方式，雖然可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，但是也讓學(xué)生失去了獨(dú)立思考的過程，久而久之，學(xué)生就產(chǎn)生了惰性，沒有了探索精神和創(chuàng)新精神，從而也就失去了實(shí)驗(yàn)課的精髓。

（4）課程考核方式過于簡(jiǎn)單

目前，大多數(shù)高校對(duì)數(shù)字邏輯課程的考核要么仍用“一卷定終身”的方式，要么以“期末考核+平時(shí)成績(jī)”的方式。這種簡(jiǎn)單的課程考核方式?jīng)]將實(shí)驗(yàn)與課程考核掛鉤。實(shí)驗(yàn)不影響到課程考核成績(jī)，學(xué)生就不重視，認(rèn)為只要期末考試及格了，實(shí)驗(yàn)做不做都無(wú)所謂，在實(shí)驗(yàn)課上不愿意動(dòng)手動(dòng)腦。

2 數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革措施

教發(fā)【2015】7號(hào)文件明確指出“建立以提高實(shí)踐能力為引領(lǐng)的人才培養(yǎng)流程，率先應(yīng)用“卓越計(jì)劃”的改革成果，建立產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的人才培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)專業(yè)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)的課時(shí)占專業(yè)教學(xué)總課時(shí)的比例達(dá)到30%以上，建立實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)質(zhì)量保障機(jī)制。擴(kuò)大學(xué)生的學(xué)習(xí)自主權(quán)，實(shí)施以學(xué)生為中心的啟發(fā)式、合作式、參與式教學(xué)，逐步擴(kuò)大學(xué)生自主選擇專業(yè)和課程的權(quán)利。[1]”

因此，高校數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革：

（1）更新教學(xué)內(nèi)容，與時(shí)代接軌

根據(jù)文件精神，高校要“實(shí)現(xiàn)專業(yè)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接”，這就需要更新教學(xué)內(nèi)容，將生產(chǎn)中實(shí)際使用的一些新知識(shí)、新技術(shù)引入課堂。

適當(dāng)增加數(shù)字邏輯課程的課時(shí)，適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)課程的比例。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排上，應(yīng)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。將生活中常用的一些電路如搶答器、交通信號(hào)燈等引入實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生感到這門課程是有用的，是與生活息息相關(guān)的，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，化被動(dòng)為主動(dòng)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

此外，在學(xué)生掌握傳統(tǒng)的電路分析和電路設(shè)計(jì)之后，教師應(yīng)將FPGA可編程芯片和VHDL語(yǔ)言引入課堂，讓學(xué)生了解數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展方向，接觸到該行業(yè)的前沿知識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合，讓學(xué)生一出校門就可投入生產(chǎn)活動(dòng)，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)。

（2）采用先進(jìn)教學(xué)手段，突破實(shí)驗(yàn)的時(shí)空限制

將虛擬軟件引入數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課堂，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱相結(jié)合，讓實(shí)驗(yàn)不再受時(shí)間和空間限制。

眾所周知“授之以魚，不如授之以漁”，想要真正做到“授之以漁”，就要給學(xué)生充分的思考時(shí)間，要將實(shí)驗(yàn)課堂的90分鐘延伸到課外去。采用軟硬結(jié)合的教學(xué)手段后，教師可提前布置任務(wù)，讓學(xué)生在課后進(jìn)行預(yù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)任務(wù)，充分利用課本以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源、學(xué)校圖書館電子資源等現(xiàn)代化技術(shù)來(lái)查閱相關(guān)資料，積極開動(dòng)腦筋設(shè)計(jì)電路，并用虛擬軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。教師呢，只需要在學(xué)生設(shè)計(jì)過程中遇到困難時(shí)，對(duì)學(xué)生的疑問及時(shí)給予解答和引導(dǎo)即可。

只有給了學(xué)生充分的思考時(shí)間和交流時(shí)間，才能真正地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性、創(chuàng)造性和團(tuán)隊(duì)合作性。這樣的實(shí)驗(yàn)才能培養(yǎng)出會(huì)思考、愛探索、有創(chuàng)新、有團(tuán)隊(duì)意識(shí)的學(xué)生。

（3）改革實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的參與式教學(xué)

要將“以教師為中心”轉(zhuǎn)變到“以學(xué)生為中心”的教學(xué)上，是件說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難的教學(xué)改革。相比理論課堂教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)課堂更容易實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)變。

采用軟硬結(jié)合的先進(jìn)教學(xué)手段后，學(xué)生在課前可以有充分的預(yù)習(xí)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)課堂上的工作任務(wù)就大大減少了，這時(shí)可以鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái)，參與實(shí)驗(yàn)分析和總結(jié)。鼓勵(lì)學(xué)生在講臺(tái)上介紹自己設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和亮點(diǎn)，分享自己設(shè)計(jì)過程的心得體會(huì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)總結(jié)思考，同時(shí)學(xué)生也能從他人的設(shè)計(jì)中得到啟發(fā)，學(xué)會(huì)舉一反三，取長(zhǎng)補(bǔ)短。這種以學(xué)生為中心的參與式實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，既有利于教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生真正地做到學(xué)有所思，學(xué)有所獲。

（4）改革課程考核方式，引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視。

對(duì)于數(shù)字邏輯這種工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程而言，單用一張期末考試試卷根本無(wú)法說(shuō)明學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力，因此將實(shí)驗(yàn)情況納入到課程考核中是非常必要的。

在第一次課上，教師就應(yīng)告訴學(xué)生，本課程采用形成性考核方案，終結(jié)性考核（期末考試）只占本課程的50%，過程性考核占50%，這樣就能立刻引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視。過程性考核包括平時(shí)成績(jī)和階段性學(xué)習(xí)成果兩部分。平時(shí)成績(jī)應(yīng)以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、上臺(tái)總結(jié)等課堂表現(xiàn)的情況等為依據(jù)來(lái)評(píng)定，教師應(yīng)在每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束時(shí)給出當(dāng)次實(shí)驗(yàn)的平時(shí)成績(jī)，對(duì)學(xué)生予以及時(shí)的激勵(lì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目確定若干個(gè)實(shí)驗(yàn)作品為考核對(duì)象，評(píng)價(jià)學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)情況，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

（5）根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分級(jí)，實(shí)現(xiàn)因材施教

由于地方型本科院校的學(xué)生存在較嚴(yán)重的兩級(jí)分化，學(xué)生良莠不齊，對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性這類較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)而言，除了要給予學(xué)生充分的思考時(shí)間，還要考慮到學(xué)生的實(shí)際能力問題。如果用同一標(biāo)準(zhǔn)去要求學(xué)生，要么會(huì)出現(xiàn)大量抄襲情況，要么會(huì)嚴(yán)重制約優(yōu)秀學(xué)生的發(fā)展。因此，教師可對(duì)該類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分級(jí)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為“必做”和“選做”兩個(gè)級(jí)別[3]。必做部分是全體學(xué)生都應(yīng)完成的部分，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要體現(xiàn)了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固；選做部分是學(xué)生可根據(jù)自身能力進(jìn)行選擇完成的部分，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的延伸拓展以及綜合應(yīng)用。以帶顯示的數(shù)字搶答器為例，必做部分可要求學(xué)生完成基本的搶答器功能，即及時(shí)辨認(rèn)出第一時(shí)間按下?lián)尨鸢粹o的選手并顯示；而選做部分可讓學(xué)生增加犯規(guī)顯示、開關(guān)防抖、答題加減分等功能。

這種對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分級(jí)，因材施教的方式，不僅能讓全體學(xué)生完成基本的教學(xué)任務(wù)，達(dá)到基本的教學(xué)目標(biāo)，還能讓部分優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)一步提高自身能力，為日后參加電子設(shè)計(jì)大賽打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用型本科院校是以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用技術(shù)人才為目標(biāo)的，而應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵就在于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。因此在地方本科院校向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)課程的改革是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

在數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，我們通過采取上述措施，已取得了一定的效果。學(xué)生普遍反映對(duì)本課程產(chǎn)生了一定的學(xué)習(xí)興趣，也有所收獲，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)也有所提高，圖1為改革前2013級(jí)某班學(xué)生的數(shù)字邏輯課程考核成績(jī)分析圖，圖2為改革后2015級(jí)某班學(xué)生的數(shù)字邏輯課程考核成績(jī)分析圖，由圖可知，改革后學(xué)生的平均成績(jī)有了大幅度提高，優(yōu)秀率和良好率比改革前也有顯著提高。此外，越來(lái)越多的優(yōu)秀學(xué)生表示愿意在課程結(jié)束后，進(jìn)一步自學(xué)，期待有機(jī)會(huì)參加各項(xiàng)電子設(shè)計(jì)大賽。

圖1 改革前數(shù)字邏輯課程考核成績(jī)分析

圖2 改革后數(shù)字邏輯課程考核成績(jī)分析

在今后的數(shù)字邏輯教學(xué)中，應(yīng)以教發(fā)【2015】7號(hào)文件精神為指導(dǎo)，繼續(xù)深化教學(xué)改革，不斷探索新的教學(xué)方法和教學(xué)模式，尤其要在打造校企協(xié)同育人平臺(tái)方面下功夫，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合，培養(yǎng)出真正能適應(yīng)社會(huì)需求的、具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用技術(shù)型人才。

[1]教育部，國(guó)家發(fā)改委，財(cái)政部.關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見[Z]，2015.11.

[2]溫衛(wèi)敏，王友社，姚光順.應(yīng)用型本科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].計(jì)算機(jī)教育，2012，3（6）：107-110.

[3]宋明秋.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的設(shè)想[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（高教版），2010，5（2）：150-151.

Reform of Experimental Teaching of Digital Logic in Application-Oriented Universities

LIU Hua-yan
（College of Software and Communication Engineering，Xiangnan University,Chenzhou 423000）

Application-oriented universities aim at training applied and skilled talents to meet the needs of economic and social development,experimental teaching plays a key role in the process of personnel training.After the transformation,the teaching of digital logic experiment course should reduce the verification experiment,meet the professional standards,and increase the design and comprehensive experiment in the arrangement of experimental teaching content;in the teaching method,we should make use of modern educational technology to break through the limitation of time and space;in the way of teaching,we should take the students as the center and play the main role of students;in the course assessment,we should adopt the formative assessment method with learning achievement oriented.Through reform,the students'interest in learning and the spirit of innovation are stimulated,and students'engineering practice ability is improved,and good teaching effects are achieved

Application-Oriented;Personnel Training;Digital Logical;Reform of Experimental Teaching

2016年湘南學(xué)院校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（No.33）

1007-1423（2017）31-0040-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.31.010

劉華艷（1983-），女，湖南臨武人，講師，碩士，研究方向?yàn)殡娐放c電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等

2017-09-20

2017-11-01