新工科背景下數字邏輯電路教學改革探索與實踐

林純 陳娟 王建平 姚娟 王亞芳

摘? 要 立足數字邏輯電路課程教學現狀，闡述新工科背景下，基于在線開放平臺，進行數字邏輯電路課程教學改革措施：在布置學生課下結合微視頻自學相關知識點的基礎上，進行課堂授課，組織學生針對具體課題進行課堂分組討論匯報，開展翻轉課堂教學。接著介紹課程考核方法改革的具體措施，并通過比較課程改革前后學生成績的變化，列表展示改革取得的成效。最后分析教學方法改革中仍存在的問題及補充措施，為該課程的持續(xù)建設指明方向。

關鍵詞 新工科;數字邏輯電路;在線開放平臺;微視頻;翻轉課堂

Abstract On the basis of introducing the current teaching situation of digital logic circuit course， the measures of teaching reform on digital logic circuit course based on online open platform under the background of ?new subject? are expounded in this paper， which contains： on the basis of arranging studentsknowledge points self-study combined with micro-video after class， classroom teaching is carried out， students are organized to group discussion on specific topics in class， or to reverse classroom teaching. Then the concrete measures for the reform of course assessment methods is introduced. By comparing the changes of studentsscores before and after the curriculum reform， the results of the reform are shown in a list. Finally， the existing problems and supplementary measures in the reform of teaching methods are analyzed， which points out the direc-tion for the sustainable construction of the course.

Key words new engineering; digital logic circuit; online open platform; micro video; flipped classroom

1 引言

世界范圍內，無論是新經濟發(fā)展還是新一輪的科技和產業(yè)革命，都對高等工程教育的變革發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)。新的挑戰(zhàn)不僅要求從戰(zhàn)略高度創(chuàng)新高等工程教育的理念，推動高等工程教育的學科專業(yè)和人才培養(yǎng)模式建設，積極開展相關政策的研究，更為重要的是，還要求重新認識高等工程教育的本質和內在發(fā)展規(guī)律[1]。以新技術、新業(yè)態(tài)、新產業(yè)為特點的新經濟蓬勃發(fā)展，要求綜合性大學加快培養(yǎng)當前產業(yè)急需人才，主動布局、面向未來，培養(yǎng)出以理科為基礎的工科人才需具有新工科的特點[2]。

新工科為工程教育的理論和實踐探索提供了一個全新的視角，也對高等工科教育設定了“培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”的戰(zhàn)略目標[3]。如何培養(yǎng)新經濟快速發(fā)展迫切所需的新型工科人才，成為高等工科教育面臨的亟待解決的問題。南通大學作為一所綜合性大學，對新工科的研究與實踐等問題都提上議程，而電氣工程及其自動化專業(yè)作為一個“資深”的工科專業(yè)，在通過國際工程教育專業(yè)認證后，也在積極研究如何培養(yǎng)適應新經濟發(fā)展的新工科人才的問題。

數字邏輯電路課程具有工程實踐性強、教學內容復雜、教學方法多樣、課程內容分化等特點，是電子、電氣類以及信息技術類專業(yè)學生學習專業(yè)課前必修的一門專業(yè)基礎核心課程。該課程的設置在課程體系中發(fā)揮著至關重要的作用，與后續(xù)要學習的模擬電子技術、單片機原理以及微機原理等專業(yè)課程都密切相關。目前，很多高校都在致力于數字邏輯電路相關課程教學的改革和建設工作[4]。董玉冰等提出相關課程混合式創(chuàng)新教學方法，運用該方法調動學生的主觀能動性和創(chuàng)新性，適合新工科背景下創(chuàng)新工程教育[5]。賈紹芝等提出引進現代科技手段、翻轉課堂等多種方法，以提高學生的課堂參與度，通過引入探究式研討、課程設計等方法，促進學生主動思考、動手實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和工程實踐能力[6]。這些方法都取得良好的教學效果。還有很多教師積極建設相關課程的在線開放平臺，并將在線資源的學習作為教學的必要環(huán)節(jié)，轉變了教師教學和學生學習模式，也取得顯著效果。

2 課程教學現狀

在過去的六年里，南通大學電氣工程學院開設的數字邏輯電路課程經過了一個連續(xù)建設的過程。原作為課內實驗的數字電子技術實驗被調整為獨立授課實驗，實驗指導教師原則上安排數字邏輯電路理論課的授課教師，以適應授課過程的連續(xù)性和互補性。面對課時少、授課內容多的矛盾，教師在教學過程中除了幫助學生積累數字邏輯電路的理論基礎知識外，還致力于提升學生的自主學習能力，為后續(xù)課程的學習打下牢固的基礎，適應課程發(fā)展的要求。

2017年，為適應教學形勢的變化，數字邏輯電路課程組教師合力在愛課程網上建成江蘇省在線開放課程。課程組教師合理分工，將課程教學內容劃分成若干授課知識點，針對各個知識點制作PPT，錄制微視頻，以供學生在線學習。同時在愛課程網上設立與教學內容相適應的作業(yè)題、測試題和考試題，以檢測學生的知識點掌握情況。在線開放平臺同時設置作業(yè)題、測試題的在線批改和反饋功能，學生可以從互相批改作業(yè)的過程中加深對知識點的理解，也可以從反饋結果中修正對知識點的錯誤理解，大大方便了課下學習。

在線開放平臺建設的同時，課程基本知識點的詳解也都可以從網上獲得，而課堂環(huán)節(jié)卻缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，任課教師或結合開放平臺的基本知識點內容安排教學，或仍然采用原有的方式教學。這些課堂教學方式不能適應教學的長期發(fā)展，需要課程組教師集中精力，探索改革課程的教學方式。

3 課程教學和考核方法改革的探索與實踐

為了在數字邏輯電路課程教學中提高課堂的利用率，最終達到提高教學質量的目的，課程組集中討論了整個教學環(huán)節(jié)，根據教學大綱，結合在線開放平臺的具體知識點內容，有的放矢，統(tǒng)一規(guī)劃課堂內容，使得課堂環(huán)節(jié)起到為學生建立知識體系服務的穿針引線的作用。同時，課程組教師也結合在線開放平臺的成績統(tǒng)計功能，對課程考核方法改革作了討論，制定了新的考核方法。

課程教學方法改革? 根據教學大綱的要求，教師結合教學總學時，分章節(jié)確定具體的教學形式、分配學時。如針對“第一章 數字邏輯概論”，由于該章主要介紹數字信號與數字電路的基本概念、特點及表示方法等內容，而關于這些基礎的知識點內容，在線開放平臺上已能完整查閱，教師在課堂上針對知識點設疑，引導學生在課下規(guī)定的時間內查閱相關微視頻內容自學，而在下一課堂對相關知識點的掌握情況進行形式靈活的反饋考查。這種教學形式既節(jié)約了課堂時間，又能有效地引導和督促學生在課后自學相關內容，還能在反饋環(huán)節(jié)了解學生的掌握情況，及時給出對應的修正和補充措施。

針對“第四章 組合邏輯電路”，教師在引導學生通過微視頻掌握了組合邏輯電路的設計方法后，在課堂上給定一個實際的設計課題，組織學生分組討論并匯報具體的設計方法。學生就會把微視頻的內容和設計課題聯(lián)系起來，設計具體的電路。在討論和匯報過程中，教師可以根據學生的具體表現，給出課堂表現成績，并判斷出整體知識點的掌握程度，進行后續(xù)的指導。

針對“第六章 時序邏輯電路”，借助翻轉課堂進行以設計課題為導向的教學。翻轉課堂是將知識傳授和知識內化顛倒了的教學方法，課下進行知識傳授，課內進行知識內化。教師在課前給出具體的設計課題，要求學生在課前自主規(guī)劃學習內容和學習節(jié)奏，通過觀看微視頻、資料，帶著任務進行課題的分組討論和設計，課上則在教師的主導和引導下進行課題設計匯報。學生間的分組討論設計，有別于師生間的教學交流，學生更了解初學者對知識點掌握的難點和注意點，切入點更能讓學生理解，分組討論則有助于知識點掌握和運用質量的整體提高。而課堂匯報的環(huán)節(jié)轉變了學生的主被動角色，經自己主動展示的內容，必定經過多次的研究和學習，能增進對知識點的理解與掌握。翻轉課堂的教學形式能讓學生在設計過程中鍛煉新工科人才所需的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)一定的工程設計能力和素養(yǎng)，同時能幫助提高表達能力和交流能力。

課程考核方法的改革? 根據教學大綱的規(guī)定，數字邏輯電路的考核成績由平時成績和期末考試成績按3：7組成。在引入在線開放平臺后，課程組完善了課程的過程性考核環(huán)節(jié)，以充實平時成績的含金量。在“第六章 時序邏輯電路”教學完成后，布置與之內容緊密相關的大作業(yè)，讓學生在兩周內自主完成。學生需要在充分研究課題的基礎上，設計電路、選用軟件仿真調試，最后寫大作業(yè)匯報作業(yè)過程和結果，分析遇到的問題并得出結論，提出改進措施。教師則根據學生大作業(yè)的實施情況、設計情況和分析問題的深度給出大作業(yè)成績。

最終，平時成績由課堂表現、線上單元作業(yè)、線上單元測試、期中測試和大作業(yè)按2：2：2：3：1組成，具體如表1所示。其中，每章線上單元作業(yè)成績由學生間網上互批得來。在規(guī)定的作業(yè)完成日后，系統(tǒng)給每份作業(yè)隨機分配五名批閱的學生以得到五份批閱成績。最終，該章作業(yè)的成績由這五份批閱成績去掉最高分和最低分后平均得到。而線上單元作業(yè)的總評成績是由各章作業(yè)成績按學時比重加權平均后得到的。每章線上單元測試成績由系統(tǒng)根據事先輸入的標準答案和評分標準自動給出，而線上單元測試總評成績就是各章線上單元測試的平均成績。

4 實施效果

經過廣大師生的高度參與，數字邏輯電路課程教學和考核方法改革已在南通大學電氣工程學院實踐一個學期，對學院16級和17級電氣工程及其自動化專業(yè)各隨機選一個班級的數字邏輯電路期末總評成績進行對比。同是引入在線開放平臺教學，16級學生采用傳統(tǒng)教學方式，17級學生采用改革后的教學方式，如表2所示，對比顯示，17級學生的期末成績明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學方式的16級學生?？梢?，數字邏輯電路教學和考核方法改革取得實效。

5 教學方法改革中仍存在的問題及補充措施

改革后的數字邏輯電路課程教學和考核方法在南通大學電氣工程學院實施了一個學期，取得一定的成效，但實施過程中也發(fā)現一些問題。

1）有一部分學生仍然依賴于教師課堂手牽手地引導學習，還需要多方努力引導其課后自學微視頻內容、消化知識點、進行相關課題的設計。

2）有一部分學生雖然能適應教學方法的改變，在教師的指導下順利學習，但有限的表達能力往往制約著其課堂表述和討論的環(huán)節(jié)，最終影響其課堂表現成績。

3）分組討論和翻轉課堂的模式使得課堂氣氛活躍，而涉及課堂表現得分、量分公平的問題會受到教師主觀因素的影響。具體的量分標準需進一步細化，并引入學生的反饋意見。

4）翻轉課堂需建立在充分準備的基礎上，教師和學生雙方都要投入大量精力做準備工作，因而在實施中，翻轉課堂教學學時只適合占總學時的一部分，而不能完全替代教師授課，翻轉課堂比例需根據學生實際情況因人制宜。教師需用開放、發(fā)展的態(tài)度對待翻轉課堂的問題，每年總結各專業(yè)的實踐經驗;課程組討論下一屆的實施細節(jié)，并在實踐過程中實時討論、調整實施方案。

5）在線開放平臺上的微視頻資源是有限的，并未列盡大綱要求的所有知識點，后期仍需進一步補充和建設;在線開放平臺上還需增加問題庫，對常見問題給出標準答案，輔助學生自學時解惑;另外為了方便在線溝通，還需建立師生間、學生間友好方便的網上交流通道，設定在線討論時間，確保在討論時間里有教師在線答疑。

6 結語

在線開放平臺被引入數字邏輯電路課程教學，起到積極的作用。課堂教學方法和考核方式的改革，必將使得網上教學資源得到更充分的應用，課堂環(huán)節(jié)發(fā)揮更重要的作用，學生能力得到多方面的提升。數字邏輯電路離一門成熟的課程還存在差距，還需要課程組教師通力合作，持續(xù)進行課程的改革和完善工作。

參考文獻

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[3]徐曉飛，丁效華.面向可持續(xù)競爭力的新工科人才培養(yǎng)模式改革探索[J].中國大學教學，2017（6）：6-10.

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