《數(shù)字邏輯》課程線上教學(xué)實(shí)踐與研究

石嘉順

摘 要 《數(shù)字邏輯》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的數(shù)理基礎(chǔ)課，在計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程體系中具有承上啟下的作用，課程地位重要，具有較強(qiáng)的代表性。目前，本課程的教學(xué)方面，仍然存在一些需要解決的問(wèn)題。一方面，由于現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，極大地豐富了課程的教學(xué)內(nèi)容，使得課程的教學(xué)內(nèi)容不斷充實(shí)與更新;另一方面，教學(xué)計(jì)劃中的授課時(shí)數(shù)有所減少，給課程教學(xué)增加了難度;同時(shí)，不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)對(duì)課程的教學(xué)也提出了更高的要求，不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要求具有一定的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式，已難以滿足時(shí)代要求，《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行，開(kāi)展線上教學(xué)是適應(yīng)《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)模式改革的新舉措。本文基于線上《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)的實(shí)踐進(jìn)行了嘗試與研究，對(duì)《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)改革有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和預(yù)期。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革;線上教學(xué);數(shù)字邏輯;虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是以老師為主導(dǎo)，學(xué)生為中心的教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，使學(xué)生變被動(dòng)接受知識(shí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)與吸收，對(duì)老師的教學(xué)水平與要求更高，老師付出的心血會(huì)更多。

《數(shù)字邏輯》課程的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐并重，課程內(nèi)容既抽象又具體，邏輯問(wèn)題的分析與設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，教學(xué)內(nèi)容的多樣性決定了教學(xué)模式與教學(xué)方法的多樣性，學(xué)生的基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)特點(diǎn)各異，如果只用一種教學(xué)模式和教學(xué)方法，難以收到理想的教學(xué)效果。

從學(xué)生的角度分析，按難易程度，可以將教學(xué)內(nèi)容分為：很難、較難、適中、容易。制訂適應(yīng)《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)大綱，是本課程教學(xué)改革的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本次線上教學(xué)，是一次《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)改革的親身體驗(yàn)與嘗試，根據(jù)教學(xué)大綱和OBE教學(xué)目標(biāo)的要求，進(jìn)行了如下的實(shí)踐：

1教學(xué)內(nèi)容的精選

線上教學(xué)與線下教學(xué)有很大不同，學(xué)生不能與老師近距離面對(duì)面，需要老師對(duì)教學(xué)內(nèi)容要做一次全面的篩選，確定重、難點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做適當(dāng)增刪，同時(shí)老師要給予學(xué)生提供充分的教學(xué)資源，如：參考書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等。課前要安排好授課章節(jié)，制作與直播相匹配的課件、視頻等，準(zhǔn)備好授課的軟硬件設(shè)備，熟悉直播平臺(tái)的應(yīng)用，保障線上直播教學(xué)的正常進(jìn)行，由于學(xué)生沒(méi)有紙質(zhì)教材，老師要查找到相對(duì)應(yīng)的電子教材，提供給學(xué)生，否則，教學(xué)效果會(huì)打折扣。

基于《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)需要解決的問(wèn)題就是完成數(shù)字電路的分析與設(shè)計(jì)，如何把一個(gè)工程問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，最后用數(shù)學(xué)代數(shù)的方法解決問(wèn)題，圍繞這樣一條主線展開(kāi)教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯、工程應(yīng)用的思維，樹立思維決定了方法、決定了最終結(jié)果的理念，同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生拓展思路，積極創(chuàng)新。

例如：在時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)中，對(duì)一個(gè)工程問(wèn)題，如何把它轉(zhuǎn)換成原始狀態(tài)圖（數(shù)學(xué)模型）、原始狀態(tài)表，是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

案例：設(shè)計(jì)一個(gè)4位二進(jìn)制代碼的奇偶檢測(cè)電路。該電路從輸入端X輸入4位二進(jìn)制代碼，當(dāng)每四位代碼中含1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，輸出Z為1，否則，輸出為0。試建立該電路的Mealy型原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表。

案例分析：這是一個(gè)時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)問(wèn)題。4位二進(jìn)制代碼共有24即16個(gè)，每次只能輸入一個(gè)4位二進(jìn)制代碼，依題目要求，設(shè)初始狀態(tài)為A，從A出發(fā)，假如收到4位二進(jìn)制代碼的第一個(gè)代碼0，輸出是0，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移到新?tīng)顟B(tài)B;若收到4位二進(jìn)制代碼的第一個(gè)代碼1，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移到新?tīng)顟B(tài)C，輸出是0;D表示收到00，如此重復(fù)往下，可以得到Mealy型原始狀態(tài)圖（略）[1]。

從Mealy原始狀態(tài)圖可以得到相應(yīng)的Mealy型原始狀態(tài)表，如表1所示。

從原始狀態(tài)表可以清楚看到，每一個(gè)狀態(tài)只接收一條代碼，共有15個(gè)狀態(tài)，設(shè)計(jì)電路需要四個(gè)觸發(fā)器，電路復(fù)雜。

仔細(xì)分析一下上述原始狀態(tài)表，我們可以看到，有些狀態(tài)是等效的，如I與J、M與N等，根據(jù)狀態(tài)等效原則，等效狀態(tài)可以合并。依此，我們可以對(duì)以上方案進(jìn)行優(yōu)化，得到新的狀態(tài)關(guān)系。

同樣，可以得出相應(yīng)的原始狀態(tài)表，如表2所示。

新的Mealy型原始狀態(tài)表中，只有7個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)可以接收多條代碼，由于每個(gè)四位不同的輸入代碼在輸入的時(shí)候是分時(shí)的，所以狀態(tài)也是分時(shí)接收的，沒(méi)有沖突，比較兩種方法，后面設(shè)計(jì)方案只需3個(gè)觸發(fā)器，電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。

本例中，我們可以得到啟發(fā)，一個(gè)狀態(tài)不是只能接收一條代碼，可以記住多條代碼，在時(shí)間上進(jìn)行分時(shí)就沒(méi)問(wèn)題，如此，擴(kuò)展思維、靈活運(yùn)用在本課程教學(xué)中十分的重要[2]。

2教學(xué)方法

線上教學(xué)主要采用講授式、案例式、啟發(fā)式、討論式、任務(wù)式、協(xié)作式、自主式的教學(xué)方法相結(jié)合，授課采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)直播形式，目前網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)有很多，通過(guò)摸索與比較，采用QQ+學(xué)習(xí)通+釘釘+騰訊會(huì)議，在QQ群里，老師可以隨時(shí)發(fā)布通知，學(xué)習(xí)通--可以用來(lái)課前簽到、課堂測(cè)驗(yàn)、專題討論、上傳各種學(xué)習(xí)資料、課后作業(yè)布置，釘釘--用作直播授課、現(xiàn)場(chǎng)答疑、師生互動(dòng)，騰訊會(huì)議--學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)功能、答辯。

通過(guò)本學(xué)期的線上《數(shù)字邏輯》課程的授課，深深感受到線上授課難度大于線下課堂授課，除了要熟悉用到的教學(xué)平臺(tái)外，還有對(duì)突發(fā)情況的預(yù)判與解決方案，如：網(wǎng)絡(luò)卡頓、硬件設(shè)備故障等，線上授課比線下課堂授課，同樣的授課內(nèi)容占用的時(shí)間大約要多10%～15%，因此，為保證教學(xué)進(jìn)度，需要老師酌情處理，每周可以增加2學(xué)時(shí)的單獨(dú)答疑時(shí)間。

3多種形式的答疑

采用多種輔導(dǎo)答疑方法相結(jié)合，輔導(dǎo)答疑對(duì)學(xué)生掌握課程內(nèi)容具有重要作用，與學(xué)生的交流討論則能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時(shí)解決學(xué)生的疑問(wèn)，這是線上教學(xué)的巨大優(yōu)勢(shì)，為此，構(gòu)建了全天候，開(kāi)放式的輔導(dǎo)答疑和交流體系，學(xué)生提問(wèn)非常踴躍，收到了很好的效果[3]。