《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》教學(xué)改革探索

晏中華 黃超意 謝應(yīng)濤 黎淼 王華東 周?chē)?/p>

【摘要】本文針對(duì)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程在教學(xué)中目前存在的主要問(wèn)題進(jìn)行歸納分析，提出從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核方式三個(gè)大的方面來(lái)進(jìn)行教學(xué)改革，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及實(shí)踐動(dòng)手能力，以便為理工科后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，探索新工科人才培養(yǎng)的具體實(shí)施方式。

【關(guān)鍵詞】新工科 ?數(shù)字電路 ?教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】該論文受重慶郵電大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)“重慶市大數(shù)據(jù)智能化類(lèi)特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目”（ZNTSZY-4）、重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（193108）、重慶郵電大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（XJG19207）以及重慶郵電大學(xué)國(guó)際化教育研究項(xiàng)目（GJJY19-2-13）資助。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）29-0094-02

一、引言

近些年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，社會(huì)各個(gè)行業(yè)對(duì)電子信息類(lèi)人才的需求量也在不斷增加，同時(shí)，對(duì)于人才素質(zhì)的培養(yǎng)也提出了更高的要求。高等院校作為人才輸送的主要來(lái)源，其首要任務(wù)就是要為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才?！稊?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程作為高校通信、電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等大部分理工科相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生對(duì)于該課程的理解、掌握程度直接影響到其后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)[1-2]。然而目前，隨著新的培養(yǎng)方案的制定，課程學(xué)時(shí)與教學(xué)量的安排相應(yīng)減少，如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容以提升教學(xué)效率，成為該課程教學(xué)改革中需要首先解決的問(wèn)題。同時(shí)，《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》是一門(mén)理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，通常來(lái)講，其教學(xué)計(jì)劃都會(huì)涵蓋課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)。而理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常分別由不同的老師負(fù)責(zé)，這可能會(huì)導(dǎo)致兩門(mén)課程教學(xué)進(jìn)度的不一致，出現(xiàn)理論課程與實(shí)驗(yàn)課程脫節(jié)的情況，從而影響課程的教學(xué)效果。再者，教學(xué)方式比較單一，以教師課堂講授為主，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度比較被動(dòng)，無(wú)法做到學(xué)以致用[3-4]?；诖?，本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核方式等方面提出一些課程改進(jìn)的方向。

二、教學(xué)改革具體舉措

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程主要包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換以及脈沖單元電路等。其中，組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法仍然是本課程的教學(xué)重點(diǎn)。而在教學(xué)內(nèi)容上，需要簡(jiǎn)化對(duì)各類(lèi)器件復(fù)雜的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的分析，突出闡述其外部特性，邏輯功能等，從而使學(xué)生能夠利用各類(lèi)器件進(jìn)行數(shù)字電路的邏輯設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮到學(xué)生已經(jīng)先修過(guò)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”等相關(guān)課程，對(duì)于數(shù)制和編碼的概念已有一定的了解，因此，在數(shù)字邏輯基礎(chǔ)這部分內(nèi)容中減少對(duì)數(shù)制和編碼的介紹，而重點(diǎn)介紹邏輯代數(shù)中的邏輯關(guān)系及運(yùn)算，邏輯代數(shù)的相關(guān)規(guī)則，以及邏輯函數(shù)的表示和化簡(jiǎn)方法。邏輯門(mén)電路和集成觸發(fā)器分別為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路打下器件基礎(chǔ)，其主要內(nèi)容與模擬電子技術(shù)課程有一定的重復(fù)，因此，在本課程的教學(xué)過(guò)程中簡(jiǎn)單介紹，主要介紹器件的開(kāi)關(guān)特性和實(shí)際應(yīng)用。脈沖單元電路章節(jié)只進(jìn)行基本原理和外部特性的介紹，重點(diǎn)講述由555定時(shí)器所構(gòu)成的應(yīng)用實(shí)例。對(duì)于工程性較強(qiáng)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件在后續(xù)的FPGA等相關(guān)課程中會(huì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)，因此，在本課程中只做簡(jiǎn)要的介紹。數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器在后續(xù)課程“單片機(jī)原理”中會(huì)進(jìn)行介紹，所以在本課程中不再作為教學(xué)內(nèi)容。在課程的理論教學(xué)過(guò)程中除了對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還可以將Quartus仿真軟件運(yùn)用于理論課堂教學(xué)中。通過(guò)先講解理論知識(shí)，再通過(guò)Quartus軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，從而加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的直觀理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。

《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程是注重實(shí)踐應(yīng)用的，因此，除了理論課的教學(xué)內(nèi)容改革外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，也需要做出改革。而過(guò)去傳統(tǒng)的《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程主要是以驗(yàn)證數(shù)字電路性能為主，其目的更多的是為了配合理論教學(xué)，鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，同時(shí)，也具有一定鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的作用。但是，這種驗(yàn)證性的實(shí)踐課程不能有效鍛煉學(xué)生實(shí)際應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)的能力。因此，為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，可以考慮引入以創(chuàng)新性小型科研項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)課程改革[3]。從而，極大程度地提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

（二）教學(xué)方式的改革

當(dāng)前，高等學(xué)校的教學(xué)方式已經(jīng)完全由多媒體教學(xué)代替了傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)的方式。顯然，多媒體教學(xué)具有很多的優(yōu)勢(shì)，比如其能夠生動(dòng)形象地表示真值表、電路圖、波形圖以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等，其內(nèi)容和表述方式更加靈活多樣。同時(shí)，多媒體教學(xué)能夠節(jié)省很多板書(shū)所需要的時(shí)間，在相同的時(shí)間內(nèi)，可以講解更多的教學(xué)內(nèi)容。然而，現(xiàn)在的大學(xué)生是在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的一代，從小到大所接觸的信息非常廣泛。目前，單純的多媒體教育教學(xué)方式已經(jīng)不能完全滿足時(shí)代的需求，學(xué)生上課的興趣和注意力也正在逐步地減弱。因此如何采用更加有效的互動(dòng)式學(xué)習(xí)，充分吸引學(xué)生注意力成為教學(xué)方式改革的主要內(nèi)容。

基于此，針對(duì)手機(jī)終端不斷普及的現(xiàn)在，可以充分利用手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生之間的互動(dòng)，如采用雨課堂，麥可思助教系統(tǒng)等，充分利用互聯(lián)網(wǎng)下的信息優(yōu)勢(shì)，將課堂上學(xué)生單純的被動(dòng)式接收知識(shí)的方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生參與、老師與學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，從而有效地提高學(xué)生的課堂參與度，解決目前教學(xué)方式單一而枯燥乏味的問(wèn)題。

不僅如此，還可以完成對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)等相關(guān)過(guò)程的監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。并通過(guò)預(yù)先設(shè)置一些與課程相關(guān)的話題或問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的討論，從而最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，形成良好的師生互動(dòng)氛圍。另外，除了教授課程的知識(shí)外，教師平時(shí)還可以多收集整理關(guān)于數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展相關(guān)的科學(xué)研究進(jìn)展等，并將其合理地融合到本課程的教學(xué)過(guò)程中，以擴(kuò)展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的思辨能力。

（三）考核方式的改革

課程的考核方式對(duì)于課程具有重要的導(dǎo)向和質(zhì)量監(jiān)控作用[6]。目前，多數(shù)理論課的考核方式主要以期末考試成績(jī)?yōu)橹鳎@種只注重結(jié)果而忽視過(guò)程教育的考核方式，存在較大的偶然性和不可預(yù)知性，不能全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，同時(shí)也很難調(diào)動(dòng)學(xué)生上課的積極性，存在考前突擊復(fù)習(xí)的問(wèn)題。為改變此現(xiàn)狀，根據(jù)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程的特點(diǎn)，可以從多形式，多階段對(duì)考核方式進(jìn)行改革。首先，考核的形式可以多樣化，開(kāi)展包括筆試、隨堂測(cè)驗(yàn)、設(shè)計(jì)報(bào)告等多種形式的課程考核。其中，筆試即是課程最終的期末考試;隨堂測(cè)驗(yàn)即在課堂內(nèi)進(jìn)行課堂討論以及小測(cè)試等;設(shè)計(jì)報(bào)告包括每次實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、階段考核設(shè)計(jì)報(bào)告以及綜合設(shè)計(jì)報(bào)告。其次，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的考核也是相當(dāng)重要的。針對(duì)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程而言，傳統(tǒng)的考核方式完全由期末考試成績(jī)決定，這不利于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的管理，也不利于掌握學(xué)生階段性的學(xué)習(xí)成效。因此，考核方式也需要進(jìn)行合理的改革。應(yīng)該合理分配平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)的比例，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的管理，如平常成績(jī)和期末考試成績(jī)各占50%。而其中平時(shí)成績(jī)可由20%課堂表現(xiàn)+40%隨堂測(cè)驗(yàn)+40%課后作業(yè)及討論構(gòu)成;而考試成績(jī)可由20%的期中成績(jī)+80%的期末成績(jī)構(gòu)成。通過(guò)這樣的階段成績(jī)，一方面可以不斷地反饋出學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，適時(shí)地調(diào)整教學(xué)方式方法;另一方面，加強(qiáng)學(xué)生的出勤率和課堂參與度的考核，提高課堂教學(xué)的效率。同時(shí)，也能突出過(guò)程考核的重要性，從而使課程成績(jī)能夠更加公平、公正、且全面地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與能力。同時(shí)，為了開(kāi)闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)參加各級(jí)各類(lèi)的數(shù)字電子技術(shù)方面的科技競(jìng)賽或申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，并對(duì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)和項(xiàng)目獲批的同學(xué)給予一定的課程加分[7]。

三、結(jié)語(yǔ)

本論文針對(duì)《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程目前在教學(xué)過(guò)程中存在的不足，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)改革的初步探索。并開(kāi)展了教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的成績(jī)和學(xué)習(xí)積極性均得到相應(yīng)的提高。從而，為理工類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，本論文以《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課程為基礎(chǔ)，探索了新工科人才培養(yǎng)的具體實(shí)施方式。

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