《數(shù)字電路》課程“金課”建設(shè)實踐與探索

趙國增，郭恒川

（洛陽理工學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，洛陽471023）

0 引言

應(yīng)用型本科教育加強了實踐能力、應(yīng)用能力的培養(yǎng)，是我國現(xiàn)代高等教育的一次重要突破和創(chuàng)新。在培養(yǎng)模式上，應(yīng)用型本科應(yīng)適合社會發(fā)展需要，培養(yǎng)以應(yīng)用技術(shù)為主線、以綜合應(yīng)用為目標的應(yīng)用技術(shù)型人才。因此，課程培養(yǎng)方案突出以“應(yīng)用”為主旨構(gòu)建課程教學(xué)體系。2016 年，我校確立了應(yīng)用技術(shù)本科院校的辦學(xué)定位，在專業(yè)培養(yǎng)方案、課程體系構(gòu)建等方面應(yīng)重視學(xué)生的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，將專業(yè)理論知識應(yīng)用到實際的生產(chǎn)、生活中。在“淘汰水課”、“打造金課”高等教育的大環(huán)境下，專業(yè)基礎(chǔ)課程的建設(shè)、教育教學(xué)方法都面臨著新的挑戰(zhàn)?！稊?shù)字電路》課程是我院計算機科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、通信工程等專業(yè)的必修課程，也是面向高等院校電子、電氣信息類及部分非電類專業(yè)本科生開設(shè)的一門入門性質(zhì)的學(xué)科基礎(chǔ)課程。該課程的特點是，具有較強的理論性，同時也具有較強的實踐性和應(yīng)用性[1]。因此，研究《數(shù)字電路》課程“金課”建設(shè)具有重要意思。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

在以往的《數(shù)字電路》課程教學(xué)過程中，課程教學(xué)往往以理論教學(xué)為主，實驗教學(xué)以驗證性實驗為主。因此，教學(xué)活動的設(shè)計不適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)，與實際的生產(chǎn)、生活脫節(jié)[2]。原因如下：

（1）課程具有較強的理論性和抽象性

邏輯代數(shù)是本課程的數(shù)學(xué)工具和理論基礎(chǔ)，而邏輯代數(shù)強調(diào)是邏輯運算和邏輯推理能力。因此，在授課時學(xué)生重點研究其公理、定理和規(guī)則。在數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計中，傳統(tǒng)教學(xué)過度強調(diào)邏輯分析和邏輯設(shè)計的方法，研究的實例與實際問題不適應(yīng)，跟不上現(xiàn)代生產(chǎn)、生活實際，缺乏與專業(yè)知識的聯(lián)系，不能理解課程在專業(yè)課程體系中的作用和地位。學(xué)生在學(xué)習(xí)時感到抽象、枯燥，不能將知識、能力和素質(zhì)進行有機的結(jié)合。

（2）課程實驗不能支撐應(yīng)用性人才培養(yǎng)目標

傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗教學(xué)中，以現(xiàn)有集成芯片在數(shù)字式實驗平臺上接線式完成，由于實驗擴展性不足，只能完成驗證性實驗。所以，實驗課無法滿足高層次學(xué)生的需要，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（3）教學(xué)方法不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

傳統(tǒng)教學(xué)方法以“教”為主，學(xué)生被動接收，缺乏主動思考。所以，學(xué)生在課堂上無法全身心投入到學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果不好、效率低；課堂的講授只是知識的灌輸，缺少互動性，不能滿足創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

（4）過程管理不到位，考核方法單一

傳統(tǒng)教學(xué)方式過程不到位，最終期末成績評定一般以期末測試成績、平時成績、實驗成績按照比例綜合評定，不能客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程效果。比如，平時成績通常以考勤、作業(yè)進行評定，其中考勤成績不能客觀評價學(xué)生知識的獲得和能力的培養(yǎng)；實驗成績通常以實驗報告、實驗結(jié)果為評價依據(jù)，不能客觀評價學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用技術(shù)能力。

因此，通過一系列教學(xué)改革建設(shè)《數(shù)字電路》“金課”，有助于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

2 “金課”的建設(shè)實踐與探索

在2018 年6 月21 日的新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上，陳寶生部長第一次提出了“金課”的概念，并提出對大學(xué)生有效“增負”。8 月28 日，教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》中明確指出：淘汰‘水課’、打造‘金課’，提升學(xué)業(yè)的挑戰(zhàn)度、增加課程難度、擴展課程深度，提高教學(xué)質(zhì)量?！敖鹫n”可以歸納為高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度“兩性一度”的評價標準?！稊?shù)字電路》課程作為計算機專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，如何打造成“金課”標準，也要綜合考慮“兩性一度”的建設(shè)標準。首先，課程的高階性。課程教學(xué)不能僅僅是知識的傳授，而應(yīng)該是知識、能力、素質(zhì)教育的有機結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決數(shù)字電路系統(tǒng)中復(fù)雜工程問題的綜合能力。其次，課程的創(chuàng)新性。不僅僅體現(xiàn)課程內(nèi)容的前沿性和時代性，也可以體現(xiàn)教學(xué)方式的先進性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果的探究性。挑戰(zhàn)度就是指課程考核要有一定的難度。針對“兩性一度”的標準，數(shù)字電路課程進行了以下教學(xué)實踐和探索。

2.1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)過程中，任課教師如何依據(jù)教學(xué)大綱、教材、課程的特點和學(xué)生的實際情況，根據(jù)教學(xué)目標對知識模塊進行篩選和重新組合，以產(chǎn)生新的效應(yīng)場，是任課教師面臨的首要問題。隨著數(shù)字電路課程學(xué)時不斷減少，以及課程本身抽象性、理論性和應(yīng)用性、實踐性矛盾不斷凸顯。因此，需要對數(shù)字電路課程教學(xué)內(nèi)容進行重構(gòu)，既保證專業(yè)基礎(chǔ)課后的繼承性，又要體現(xiàn)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的時效性。在數(shù)字電路課程的教學(xué)上要合理取舍教學(xué)內(nèi)容，把握課程重點，首先要對課程的知識模塊進行合理的劃分。對課程教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，我們做了以下改革嘗試。

（1）以應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標，突出課程的高階性

《數(shù)字電路》課程重點講授組合邏輯電路、時序邏輯電路分析和設(shè)計的基本方法，最終落在中規(guī)模集成芯片的應(yīng)用和數(shù)字電路的綜合分析和設(shè)計能力。教學(xué)目標不僅僅是數(shù)字電路知識的傳授，還有綜合分析和設(shè)計能力的培養(yǎng)，即達到知識、能力、素質(zhì)有機結(jié)合。也就是“金課”的高階性。因此，教學(xué)內(nèi)容組織上，要突出課程的應(yīng)用性和實踐性，就要精簡數(shù)字電路中基本知識、基本理論、基本元器件以及以基于小規(guī)模數(shù)字器件的分析和設(shè)計。

例如，門電路的教學(xué)內(nèi)容從二極管、三極管開關(guān)特性，TTL 門電路的組成特殊門電路的原理應(yīng)用，這樣就節(jié)省了大量的教學(xué)時間，并且不影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

（2）體現(xiàn)內(nèi)容的前沿性和時代性，突出課程的創(chuàng)新性

內(nèi)容組織上注意與后續(xù)單片機和嵌入式等專業(yè)課程、交叉學(xué)科的聯(lián)系。在講解課程地位時可以以計算機的單總線結(jié)構(gòu)引入建立課程與計算機五大部件的聯(lián)系，課程與現(xiàn)代數(shù)字產(chǎn)品之間的聯(lián)系。例如，計算機的發(fā)展、智能手機的發(fā)展、5G 時代的開啟、“神威.太湖之光”超級計算機采用國產(chǎn)處理器等。課程中涉及的門電路、運算器、寄存器、存儲器等概念引入新的納米技術(shù)、64 位技術(shù)、多核心技術(shù)等，體現(xiàn)課程的前沿性和時代性。結(jié)合高校舉辦的各類競賽，引導(dǎo)學(xué)生勇于參加大學(xué)生電子競賽，提高創(chuàng)新性[3]。

2.2 改革實驗教學(xué)

在實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗開展手段，充分體現(xiàn)課程“兩性一度”的“金課”內(nèi)涵。

（1）實驗內(nèi)容，突出課程的高階性、挑戰(zhàn)度

《數(shù)字電路》課程的實驗是增強課程實踐性和應(yīng)用性的一個重要環(huán)節(jié)，合理的實驗設(shè)置、實驗教學(xué)過程設(shè)計可以將學(xué)生從課程帶入到具體的應(yīng)用場景，能加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。在課程實驗內(nèi)容設(shè)置上，增加設(shè)計性、綜合性實驗，減少驗證性實驗。綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容貼近生活、符合實際，讓學(xué)生使用課程知識、提高實踐能力、動手能力，使得知識、能力、素質(zhì)達到有機結(jié)合的目的。設(shè)計性、綜合性實驗的引入本身就有增加實驗課的難度[5]。

（2）實驗手段，突出課程的創(chuàng)新性

仿真軟件在計算機相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。仿真軟件作為一種教學(xué)、實驗手段便于開展設(shè)計性、綜合性實驗，解決教學(xué)過程中理論與實踐脫節(jié)的問題。仿真作為一種實驗手段，可以體現(xiàn)實驗教學(xué)方式的先進性。另外，在實驗要求上，設(shè)置實驗完成的基本條件，在此基礎(chǔ)上最大發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，利用創(chuàng)新思維、互動交流，體現(xiàn)實驗課程的互動性，實驗結(jié)果的探究性。

2.3 開展混合式教學(xué)

混合式教學(xué)可以體現(xiàn)課程的創(chuàng)新性。

《數(shù)字電路》課程混合式教學(xué)以在線開放課程為依托，學(xué)生利用業(yè)余時間課前完成視頻學(xué)習(xí)。課堂上先根據(jù)調(diào)查問卷、問題反饋等形式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果或存在問題。課堂活動主要以交流、討論等互動的形式去解決問題。

整個教學(xué)過程，教師是活動的設(shè)計者、引導(dǎo)者。其目的是將學(xué)生在課堂上“被動接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃铀伎肌?，體現(xiàn)課程教學(xué)始終以“學(xué)”為中心。課前學(xué)生通過在線課程對知識進行自學(xué)，課堂上根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況開展問題學(xué)習(xí)、討論、交流和知識分享活動，體現(xiàn)教學(xué)活動中師生之間和學(xué)生之間的互動性。因此，基于在線開放課程的混合式教學(xué)模式，能體現(xiàn)教學(xué)方法的創(chuàng)新性。

混合式教學(xué)活動中，學(xué)生在交流、討論互動的學(xué)習(xí)過程中，就是對解決實際問題的一種探究式學(xué)習(xí)方法[6]，也能體現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果的探究性。

2.4 改革考核方法

實施全過程的教學(xué)管理、制定多元化的考核方式，增加課程的高階性、挑戰(zhàn)度。

（1）全過程的教學(xué)管理是指在整個教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)，納入考核。例如在線學(xué)習(xí)過程、課堂活動參與度、討論交流、在線測試/作業(yè)等環(huán)節(jié)。全過程的教學(xué)管理可以避免學(xué)生平時不學(xué)，考試前突擊學(xué)習(xí)，臨時抱佛腳現(xiàn)象發(fā)生。在全過程的教學(xué)管理中，突出以學(xué)生為中心，強調(diào)了“學(xué)”的過程。多元化考核是全過程管理的手段。指的是課程的最終成績不僅僅來自期末測試、平時考勤以及作業(yè)完成情況。而是將“學(xué)”的過程納入考核的依據(jù)，而且來自教學(xué)活動的多個環(huán)節(jié)。

（2）按照目前的教學(xué)大綱，期末測試成績所占比重仍然較大。為了達到應(yīng)用型人才培養(yǎng)和課程目標的達成，增加課程的難度。例如，試題中不能有概念類題目，以記憶性試題的考核不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。根據(jù)課程的實踐性、應(yīng)用性特點，試題以數(shù)字電路的分析和設(shè)計為主，特別是以中規(guī)模集成芯片的分析和設(shè)計問題。綜合性、應(yīng)用性試題需要學(xué)生對知識、能力、素質(zhì)有機結(jié)合，可以體現(xiàn)學(xué)生的實際動手能力、創(chuàng)新思維能力和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

因此，考核難度的增加，有利于全過程的教學(xué)管理和多元化的考核方式的實施，反過來，體現(xiàn)以“學(xué)”為中心的教學(xué)模式，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，體現(xiàn)課程的高階性、提高課程的挑戰(zhàn)度。

3 結(jié)語

在本科教育教學(xué)發(fā)展的大環(huán)境下，如何開展課程教學(xué)改革，淘汰“水課”打造“金課”，是教師面臨的一個重要課題。我們必須從“金課”要求的“兩性一度”視角重新審視課程，按照“兩性一度”的標準開展課程改革和建設(shè)，課程的建設(shè)和改革不僅僅包含課程內(nèi)容的重構(gòu)、實驗方式的創(chuàng)新還包含教學(xué)方法、考核方式等。因此，淘汰“水課”打造“金課”必須從多角度、全方位進行課程改革和建設(shè)。課程的建設(shè)和改革也不能一蹴而就，還應(yīng)該在教學(xué)活動中實時調(diào)整和持續(xù)改進。