“數(shù)字邏輯”虛實(shí)分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

錢(qián)付蘭，高湘萍，王華彬

(安徽大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)是實(shí)踐教學(xué)性強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的好壞，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)等方面起著至關(guān)重要的作用[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及科學(xué)研究的進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)從技術(shù)研究逐步走向?qū)嵺`的教學(xué)應(yīng)用中，2013年教育部發(fā)布建設(shè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的通知，更是推進(jìn)了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與開(kāi)展[2]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程也正面臨著新的改革。

1 現(xiàn)狀與背景分析

以安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為例，目前 “數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下4個(gè)方面的問(wèn)題。

1)學(xué)生被動(dòng)接受，缺乏能動(dòng)性。

教師主動(dòng)教授，學(xué)生被動(dòng)接受還是目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要實(shí)施形式，該形式不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，更不能培養(yǎng)其探索和創(chuàng)造的能力[3]。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，原本要求學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，常常教師直接就將設(shè)計(jì)結(jié)果給出，學(xué)生僅僅負(fù)責(zé)電路實(shí)現(xiàn)，無(wú)法達(dá)到目前新形勢(shì)下對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的基本培養(yǎng)目標(biāo)，更談不上進(jìn)一步對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生與教師間缺乏足夠的互動(dòng)。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，同時(shí)做同一實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很多，指導(dǎo)教師往往只有一個(gè)，由于課時(shí)和教學(xué)任務(wù)的限制，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況往往只限于查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)每個(gè)學(xué)生具體操作上的問(wèn)題很難達(dá)到有針對(duì)性地指導(dǎo)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作的不規(guī)范不易得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)與指導(dǎo)，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確，不懂得如何進(jìn)行有針對(duì)性的診斷，疑問(wèn)得不到及時(shí)排解，長(zhǎng)此以往，不利于學(xué)生知識(shí)的獲取和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。

3)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾炖щy，難以有重復(fù)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備數(shù)量有限再加上設(shè)備損壞得不到及時(shí)維修，學(xué)生很難做到一人一臺(tái)設(shè)備，常見(jiàn)的情況是兩人或多人合用一臺(tái)設(shè)備。實(shí)際情況中學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度存在差異，合用的模型必然會(huì)造成某些組實(shí)驗(yàn)可能基本由一人完成，其余學(xué)生不起作用或較少作用，不利于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾炫卸ê湍芰Φ恼w培養(yǎng)。

4)電子元件損壞嚴(yán)重，成本限制了很多復(fù)雜實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。

現(xiàn)有的數(shù)字邏輯硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái)，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)給定的有限的芯片進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用指示燈或數(shù)碼管顯示。實(shí)驗(yàn)前期，教師需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力將實(shí)驗(yàn)所用芯片逐一分類(lèi)，以便實(shí)驗(yàn)時(shí)分散下去；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，芯片和工具箱由于各種原因很容易造成損壞，硬件元器件的損耗特別大，甚至由于沒(méi)有備用太多相關(guān)芯片導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，基本一次實(shí)驗(yàn)下來(lái)，芯片等元器件損失過(guò)半。學(xué)生手里的連線數(shù)量有限(一般為30根)，當(dāng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜的電路需要多塊芯片和許多連線便無(wú)法完成。芯片和連線反復(fù)使用后，導(dǎo)致接觸不良，引腳損壞，檢查芯片的好壞和線路的通斷成為基本工作，占用了學(xué)生大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和學(xué)習(xí)精力，極大地影響了學(xué)習(xí)的積極性。有的學(xué)生早已在紙上設(shè)計(jì)好了電路，但是無(wú)法在工具箱上實(shí)現(xiàn)，時(shí)間不是耽誤在查錯(cuò)上就是耽誤在等其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)做完再借用芯片導(dǎo)線的過(guò)程中，以至于明明有能力但卻無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而這僅僅是日?；镜膶?shí)驗(yàn)情況，對(duì)于一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樾枰嗟倪B線、芯片，成本因素和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的限制使其根本無(wú)法開(kāi)展，更談不上對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

硬件類(lèi)課程因其實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)不直觀，一直以來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不佳，學(xué)生普遍反映不容易掌握學(xué)習(xí)。 “數(shù)字邏輯”作為計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)的基礎(chǔ)課程，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起到了奠基和入門(mén)的作用[4]。對(duì)該門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)硬件實(shí)驗(yàn)課程的興趣，掌握進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)的相關(guān)方法。以培養(yǎng)興趣為先導(dǎo)、積累實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)、開(kāi)展綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，才能夠全面理解和掌握課程。目前較多的硬件物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)故障造成了大量低效率的工作，學(xué)生和教師的精力沒(méi)有得到有效的集中，效率得不到提高。在有效的學(xué)時(shí)內(nèi)提高效率，讓每個(gè)學(xué)生都能夠充分的動(dòng)手實(shí)踐，對(duì)于 “數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)的改革探索迫在眉睫[5]。為此，本文提出了建立 “數(shù)字邏輯”虛實(shí)結(jié)合分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有真實(shí)生動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，在電子類(lèi)課程的實(shí)踐教學(xué)方面具有良好的示范、演示和操作特性。但是作為基礎(chǔ)硬件課程，也不能忽略真實(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生電路認(rèn)知、糾錯(cuò)、查錯(cuò)等方面的重要性。將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效整合，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照內(nèi)容進(jìn)行分層，構(gòu)建適合本課程實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，建立 “虛實(shí)結(jié)合、分層進(jìn)階”的引導(dǎo)式、啟發(fā)探索式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；以網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)為課下輔助，層次化地開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)；建立更為合理的實(shí)驗(yàn)考核體系，保障虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生全面科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)。

2 虛實(shí)結(jié)合分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)方案

“數(shù)字邏輯”虛實(shí)結(jié)合的分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的主要目標(biāo)為提高該課程的實(shí)驗(yàn)效率，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為學(xué)生提供操作性更好的虛實(shí)分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境資源，將學(xué)生從目前硬件糾錯(cuò)查錯(cuò)的困擾中解放出來(lái)，把師生的教學(xué)和學(xué)習(xí)重點(diǎn)放到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上來(lái)，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)良好的硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為后續(xù)硬件實(shí)驗(yàn)課程奠定良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

“數(shù)字邏輯”虛實(shí)結(jié)合分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的總體課程設(shè)計(jì)如圖1所示，考核模式如圖2所示。

圖2 “數(shù)字邏輯”虛實(shí)結(jié)合分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式考核方式設(shè)計(jì)

圖1、圖2主要需要解決的是虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合、分層實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)考核方式優(yōu)化等問(wèn)題，具體闡述如下。

2.1 虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有效結(jié)合

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)仿真，虛擬實(shí)現(xiàn)等技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模擬，可以達(dá)到降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，提供教學(xué)質(zhì)量的目的[6]。目前，很多高校嘗試將虛擬實(shí)現(xiàn)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，通過(guò)引入虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效解決設(shè)備的高損耗同教學(xué)課時(shí)有限之間的矛盾，使實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間空間的限制。同時(shí)，允許學(xué)生在虛擬教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行大量的DIY實(shí)踐，在提高教育質(zhì)量方面起著重要的作用[7]。但是虛擬實(shí)驗(yàn)除了以上的優(yōu)點(diǎn)之外，也存在明顯的缺陷，使得在硬件實(shí)驗(yàn)中不能完全依賴(lài)虛擬實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，往往 “顧此失彼”，夸大虛擬實(shí)驗(yàn)的作用，而忘記或回避了真實(shí)實(shí)驗(yàn)在理工類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不可替代的地位[1]，具體到 “數(shù)字邏輯”課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅僅要掌握對(duì)指定功能線路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中錯(cuò)誤的排查檢測(cè)、芯片引腳的功能認(rèn)知和連線連接使用都是必須掌握的。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境都是設(shè)計(jì)者利用編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件模擬，完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)是不可能的。缺少了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生只會(huì)紙上談兵，不具備真正的硬件操作技能。

目前，對(duì)于硬件類(lèi)的實(shí)驗(yàn)而言，設(shè)備的損耗維護(hù)和更新費(fèi)用，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)行以及易損器件的高能耗非常突出，無(wú)論是連線、芯片等常見(jiàn)元器件損壞率，還是實(shí)驗(yàn)工具箱等硬件設(shè)備報(bào)修頻率都說(shuō)明了一個(gè)不容忽視的問(wèn)題:有限的經(jīng)費(fèi)和設(shè)備已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)由于人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變所帶來(lái)的設(shè)備維護(hù)更新，尤其是易損器件高損耗帶來(lái)的經(jīng)費(fèi)問(wèn)題[8]。而課時(shí)緊張，場(chǎng)地使用時(shí)間、空間上的局限性也使得目前單純的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的教學(xué)模式不適應(yīng)現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境。

因而，將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境有效結(jié)合，是改進(jìn) “數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效途徑[9]。將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分層，基礎(chǔ)類(lèi)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成，突出訓(xùn)練學(xué)生對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境的認(rèn)知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果異常的排查檢測(cè)，常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)工具的掌握，引腳功能定義等方面的訓(xùn)練；而擴(kuò)展性的實(shí)驗(yàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)中完成，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、訓(xùn)練創(chuàng)新能力。利用這種模式最大程度上對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)環(huán)境弱化劣勢(shì)，突出優(yōu)勢(shì)，達(dá)到有效結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目標(biāo)。

2.2 分層實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降哪K設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革，首先需要做的是對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的重新規(guī)劃設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的關(guān)鍵是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革。精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)[8－9]，因而建立分層的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是較為理想的方案。這里將 “數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)分成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)2個(gè)部分，在不同的實(shí)驗(yàn)類(lèi)別中分別使用不同的虛實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立虛實(shí)結(jié)合的多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

2.2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為常用實(shí)驗(yàn)儀器儀表的操作和使用，基本門(mén)電路、觸發(fā)器等的邏輯功能測(cè)試、小規(guī)模集成芯片的物理尺寸、引腳功能定義和簡(jiǎn)單地運(yùn)用等[10]。這一階段的教學(xué)任務(wù)主要是幫助學(xué)生熟悉硬件物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)電路，認(rèn)識(shí)基本電路器件，掌握基本的電路連接方法。這個(gè)階段，教師可以設(shè)置一些線路查錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生可以使用萬(wàn)用表等工具協(xié)同配合測(cè)試引腳功能，檢查電路通斷或是芯片好壞的狀況。讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解從抽象理論過(guò)渡到直觀認(rèn)識(shí)上來(lái)。這一部分的內(nèi)容為真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要側(cè)重于對(duì)硬件環(huán)境的認(rèn)知上；課下可以安排學(xué)生在開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)預(yù)習(xí)，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境提前進(jìn)行熟悉和了解。

2.2.2 小型邏輯電路實(shí)驗(yàn)

小型邏輯電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括組合邏輯電路 (如全加器、譯碼器等)、時(shí)序邏輯電路 (鎖存器、移位寄存器等)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[10]。每種電路選取一個(gè)較為簡(jiǎn)單的相關(guān)實(shí)驗(yàn)作為典型代表，安排在真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行完成；另外安排若干相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中完成。這樣既保證了對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)的基本了解與掌握，又在縱向上擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度，并由學(xué)生自主選擇一個(gè)設(shè)計(jì)最為合理的相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)在真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單小規(guī)?；A(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理和常規(guī)方法，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，為難度大一些的綜合性設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)做能力訓(xùn)練和鋪墊。

2.2.3 綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括數(shù)字鐘、交通燈控制器、運(yùn)算器、多功能指示燈設(shè)計(jì)等。以往單一的真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，這一類(lèi)的實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)等條件的影響，根本無(wú)法開(kāi)展。而利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以利用虛擬平臺(tái)中相關(guān)控件組件，對(duì)此類(lèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這一階段，老師給出設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)方案開(kāi)放式，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)。這一階段以虛擬環(huán)境下綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主，要求學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)獨(dú)立設(shè)計(jì)，劃分功能模塊，鍛煉了學(xué)生設(shè)計(jì)復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)的能力。該虛擬實(shí)驗(yàn)由學(xué)生在課下完成，課上教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)闡述、實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)分析并進(jìn)行相關(guān)評(píng)比，給學(xué)生展示自我的機(jī)會(huì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及實(shí)驗(yàn)參與的積極性。

2.2.4 創(chuàng)新型提高實(shí)驗(yàn)

該階段主要針對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生開(kāi)展，要求學(xué)生完成系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)等一系列工作，提交規(guī)范完整的設(shè)計(jì)報(bào)告并對(duì)成果進(jìn)行展示。該階段更為開(kāi)放，學(xué)生可以自主命題，自由組隊(duì)來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)于特別優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)，為其提供良好的平臺(tái)和環(huán)境，為進(jìn)一步開(kāi)展硬件類(lèi)的相關(guān)研究與實(shí)驗(yàn)提供優(yōu)秀人才保障。該實(shí)驗(yàn)由學(xué)生在課下完成，課上教師組織優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果展示。

通過(guò)建立虛實(shí)結(jié)合的分層教學(xué)模式，可以循序漸進(jìn)地推進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，既可以滿足教學(xué)的基本要求，又可以因材施教，針對(duì)不同能力的學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練培養(yǎng)，從而適應(yīng)不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。由于部分實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加以補(bǔ)充，在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)成本、設(shè)備損耗率和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性和趣味性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。如圖1所示，給出了以安徽大學(xué)“數(shù)字邏輯”36學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例的總體課程設(shè)計(jì)。

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式

課程的考試方式直接關(guān)系到學(xué)生的課業(yè)成績(jī)，因而是學(xué)生非常關(guān)注的問(wèn)題，考核方式的合理設(shè)計(jì)不僅僅可以考察出設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)重點(diǎn)也起到了導(dǎo)向和指導(dǎo)的作用。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式是以期末實(shí)驗(yàn)考試和平時(shí)成績(jī)綜合得出學(xué)生的總評(píng)成績(jī)。在過(guò)去的單純硬件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，由于考核的分?jǐn)?shù)與能否得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接相關(guān)，要么學(xué)生碰巧遇見(jiàn)損壞的芯片無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，要么只愿意選做一些簡(jiǎn)單保守的實(shí)驗(yàn)而不去嘗試創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以確保實(shí)驗(yàn)可以完成，不利于教師對(duì)學(xué)生的考評(píng)打分，也不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這里為了突出對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的重視，同時(shí)又鼓勵(lì)學(xué)生使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)，可采用基礎(chǔ)考核和擴(kuò)展考核相結(jié)合的方式。

2.3.1 基本考核

該項(xiàng)考核分?jǐn)?shù)占總體實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)的80%。主要考核學(xué)生對(duì)教師必須要求完成的實(shí)驗(yàn)的情況，其中包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和小型邏輯電路實(shí)驗(yàn)階段，以及虛擬實(shí)驗(yàn)階段的小型邏輯電路實(shí)驗(yàn)階段的實(shí)驗(yàn)。

2.3.2 擴(kuò)展考核

該項(xiàng)考核分?jǐn)?shù)占總體實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)的20%。主要針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段和創(chuàng)新型提高實(shí)驗(yàn)階段，其中綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(占該考核的70%)學(xué)生必須參加，而創(chuàng)新型提高實(shí)驗(yàn)(占該考核的30%)可由學(xué)生自行決定自主命題。評(píng)分主要從命題新穎性、難易程度、學(xué)生完成程度幾個(gè)方面考慮，擇優(yōu)與鼓勵(lì)相結(jié)合。

這種二級(jí)考核制度一方面防止了僅設(shè)置一次期末實(shí)驗(yàn)考試所帶來(lái)的設(shè)備故障等不良因素導(dǎo)致的考核不全面的弊端，又引導(dǎo)學(xué)生在重視基礎(chǔ)知識(shí)掌握的同時(shí)，也需要注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如圖2所示，給出了 “數(shù)字邏輯”虛實(shí)結(jié)合分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式考核方式設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著硬件實(shí)驗(yàn)虛擬技術(shù)的不斷成熟與完善，如何有效利用虛擬技術(shù)，提高教師的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生硬件實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效果，是目前硬件類(lèi)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)問(wèn)題。本教學(xué)模式的主要特色在于將虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境引入到 “數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行合理化地分層設(shè)計(jì)，在不同的層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò) “虛實(shí)結(jié)合，分層進(jìn)階”的形式，在知識(shí)的深度和廣度上對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效訓(xùn)練，并輔以合理的考核體系，培養(yǎng)并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)的興趣和自主學(xué)習(xí)能力，提高實(shí)際動(dòng)手操作能力，為計(jì)算機(jī)類(lèi)硬件實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。該教學(xué)模式方案合理，可擴(kuò)展性強(qiáng)，亦為其他硬件實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與學(xué)習(xí)提供了一定的參考和借鑒。

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