高職計(jì)算機(jī)專業(yè)“數(shù)字邏輯”實(shí)踐教學(xué)模式的改革

李麗麗，楊云霞，倪慧慧

(合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 電子信息系，安徽 合肥 230031)

1 計(jì)算機(jī)專業(yè)的“數(shù)字邏輯”實(shí)踐課程背景

計(jì)算機(jī)本身是以數(shù)字邏輯電路為主、以邏輯運(yùn)算為基礎(chǔ)的數(shù)字型智能化機(jī)器。“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門職業(yè)基礎(chǔ)課程，它不但廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、電子測量、儀表、通信、自動(dòng)控制領(lǐng)域，而且能夠應(yīng)用在日常生活中[1]。該門課又稱“數(shù)字邏輯電路”，是以邏輯代數(shù)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生建立邏輯的概念，學(xué)會(huì)邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)。為后續(xù)其他計(jì)算機(jī)硬件課程打下一定的基礎(chǔ)。該門課是建立在數(shù)字電路硬件基礎(chǔ)上的，因此“數(shù)字邏輯”實(shí)踐是該門課的重要組成部分[2]。

高等職業(yè)教育是以技能培訓(xùn)和技術(shù)應(yīng)用為代表的教育，是我國教育的重要組成部分。目前國內(nèi)很多高職院校的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程，有關(guān)“數(shù)字邏輯電路”的實(shí)踐課教學(xué)模式研究也有不少[3-5]，但與高職計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的“數(shù)字邏輯”實(shí)踐教學(xué)模式的研究并不多。

2 “數(shù)字邏輯”實(shí)踐課程學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

2.1 學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確

學(xué)生認(rèn)為計(jì)算機(jī)專業(yè)不應(yīng)該學(xué)習(xí)電路知識(shí)，對于計(jì)算機(jī)專業(yè)與數(shù)字邏輯電路之間的聯(lián)系并不清楚，且容易“欺軟怕硬”[6]，認(rèn)為計(jì)算機(jī)主要應(yīng)該學(xué)習(xí)軟件編程，不應(yīng)該學(xué)習(xí)硬件，所以導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)積極性，不想動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)踐的參與程度及實(shí)踐報(bào)告的完善性都不高，以至于實(shí)踐課的教學(xué)效果不理想，課程的通過率也較低。

2.2 基礎(chǔ)知識(shí)薄弱

“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門職業(yè)基礎(chǔ)課，我校開在第一學(xué)期，由于前期缺乏“電工基礎(chǔ)”和“模擬電子技術(shù)”等有關(guān)電路的基本知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生高中的基礎(chǔ)知識(shí)又比較薄弱，甚至有部分高中文科學(xué)生。普遍認(rèn)為數(shù)字電路比較難學(xué)，所以對該門課望而卻步，“數(shù)字邏輯”實(shí)踐課教學(xué)效果不理想。

3 “數(shù)字邏輯”實(shí)踐課程教學(xué)現(xiàn)狀

3.1 教學(xué)目標(biāo)不明確

教授計(jì)算機(jī)專業(yè)“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”的教師往往是非計(jì)算機(jī)專業(yè)教師，對數(shù)字邏輯電路與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系并不清楚，對該門課與后續(xù)計(jì)算機(jī)其他專業(yè)課程之間的聯(lián)系沒有仔細(xì)研究，導(dǎo)致授課目標(biāo)不明確，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)都沒有以計(jì)算機(jī)為導(dǎo)向。授課過程中把數(shù)字電路知識(shí)以教授電學(xué)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方式灌輸給學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)起來困難，教師授課效果也不理想。這也直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)積極性不高。

3.2 教學(xué)內(nèi)容缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性

傳統(tǒng)的“數(shù)字邏輯”實(shí)踐課，特別是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，往往以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。教師先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃聿襟E等，學(xué)生只要按照教師的步驟，被動(dòng)地把學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行一步步驗(yàn)證，與預(yù)期結(jié)果一致就可以了。學(xué)生并沒有對學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行很好的綜合應(yīng)用，也沒有理解所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活以及計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)過程中沒有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生的思維能力和工作技能也沒有得到提升。

3.3 實(shí)踐考核方式不合理

以往實(shí)踐課考核成績以學(xué)生最終完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，考核方式?jīng)]有細(xì)化，沒有充分反映學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)和主觀能動(dòng)性差異。這樣的考核方式也不能反映學(xué)生的實(shí)踐技能水平，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐的積極性。容易讓學(xué)生產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)做不做都一樣，學(xué)不學(xué)都一樣的心理，學(xué)生厭學(xué)，教師倦怠，實(shí)踐課程教學(xué)效果差的惡性循環(huán)。

4 “數(shù)字邏輯”實(shí)踐教學(xué)模式改革

“數(shù)字邏輯”實(shí)踐包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)(12學(xué)時(shí))和課后實(shí)訓(xùn)(20學(xué)時(shí))部分，能在有限的實(shí)踐課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生獲得理論知識(shí)的應(yīng)用，建立起邏輯電路的概念，學(xué)會(huì)邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)，理解邏輯電路與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系，以及讓學(xué)生獲得實(shí)踐技能和實(shí)際工作能力，提高學(xué)生參與數(shù)字邏輯實(shí)踐的積極性，文章對計(jì)算機(jī)專業(yè)的“數(shù)字邏輯”實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了改革和探討。

鑒于以上“數(shù)字邏輯”實(shí)踐課程學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和教師的教學(xué)現(xiàn)狀，文章從數(shù)字邏輯實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐模式和實(shí)踐考核方式3個(gè)方面進(jìn)行了改革。改革思路如圖1所示。

圖1 教學(xué)模式改革思路

4.1 實(shí)踐內(nèi)容改革

4.1.1 實(shí)踐內(nèi)容以計(jì)算機(jī)為依據(jù)

教師首先要明確教學(xué)目標(biāo)：該門課為計(jì)算機(jī)后續(xù)專業(yè)課“微機(jī)與接口技術(shù)”和“單片機(jī)原理及應(yīng)用”建立了邏輯硬件基礎(chǔ)。因此，在理論及實(shí)踐課教學(xué)中，應(yīng)以邏輯電路與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系為線索貫穿整門課程。

實(shí)踐內(nèi)容應(yīng)盡量選取與計(jì)算機(jī)相關(guān)的內(nèi)容，如：加法器的設(shè)計(jì)、譯碼器的應(yīng)用、譯碼器的擴(kuò)展及應(yīng)用、計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)、數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)等。且在相關(guān)實(shí)踐之前，先在理論課上明確該邏輯電路在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用。例如在做譯碼器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)之前，在講到譯碼器的特性和應(yīng)用時(shí)，先例舉譯碼器在內(nèi)存尋址中的應(yīng)用。在做加法器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之前，在講到加法器的特性和應(yīng)用時(shí)，先例舉加法器在CPU運(yùn)算器中的應(yīng)用等。相關(guān)邏輯電路實(shí)踐內(nèi)容及其在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 實(shí)踐內(nèi)容在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

4.1.2 實(shí)踐內(nèi)容以設(shè)計(jì)性、綜合性為主

在原本以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的基礎(chǔ)上，逐步增加設(shè)計(jì)性和綜合性且在計(jì)算機(jī)中有具體應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如數(shù)字電路課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中的組合邏輯電路設(shè)計(jì)——三人表決器的設(shè)計(jì)、加法器的設(shè)計(jì)、譯碼器的應(yīng)用、計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)等，數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)中的血型關(guān)系檢測電路、譯碼器的擴(kuò)展和應(yīng)用、數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，采用TTL中小規(guī)模集成電路芯片，讓學(xué)生完成各項(xiàng)邏輯電路設(shè)計(jì)、構(gòu)成和驗(yàn)證，讓學(xué)生在發(fā)揮主觀能動(dòng)性的基礎(chǔ)上，對邏輯電路的設(shè)計(jì)、構(gòu)成及工作方式有直觀的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

4.2 實(shí)踐模式改為項(xiàng)目式模式

將每次實(shí)驗(yàn)更改為項(xiàng)目式，課前讓學(xué)生先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容，查詢相關(guān)芯片資料及設(shè)計(jì)方法。課上教師先講解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的、設(shè)計(jì)原理步驟等，讓學(xué)生以小組為單位先進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)，后根據(jù)自己的設(shè)計(jì)挑選芯片，完成邏輯電路的構(gòu)成和功能驗(yàn)證，最后將整個(gè)過程形成總結(jié)性的報(bào)告。讓學(xué)生形成項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)證和總結(jié)等能力。提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，和學(xué)生項(xiàng)目化工作的能力。并以此為基礎(chǔ)，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備(DICE-DD-C5系列)的基礎(chǔ)上，將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的目的、設(shè)備、原理、步驟、數(shù)據(jù)記錄、要求等形成校本實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教材。

4.3 實(shí)踐考核方式改為“過程式”考核方式

課前要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，并完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告的項(xiàng)目目的、項(xiàng)目設(shè)備芯片、項(xiàng)目原理等內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用教師引導(dǎo)為主、指導(dǎo)為輔的方式，讓學(xué)生獨(dú)立思考，自主完成實(shí)驗(yàn)。

實(shí)踐考核主要包括課前預(yù)習(xí)情況、課中學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性以及實(shí)驗(yàn)的完成情況，包括設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主設(shè)計(jì)邏輯電路的完成情況，以及電路的實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證情況。實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要反映學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總結(jié)能力。將學(xué)生預(yù)習(xí)情況、邏輯電路的設(shè)計(jì)，邏輯電路邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告的完善性結(jié)合起來作為學(xué)生邏輯實(shí)踐“過程式考核”的依據(jù)。

例如在數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)前，先讓學(xué)生查閱74系列計(jì)數(shù)器芯片資料，及數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方法。課上讓學(xué)生在充分認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目目的的基礎(chǔ)上，先以小組為單位進(jìn)行“紙上談兵”，在紙上設(shè)計(jì)出由基本門電路、計(jì)數(shù)器等構(gòu)成的邏輯電路，教師對每小組設(shè)計(jì)進(jìn)行記錄評(píng)分，再由學(xué)生挑選芯片完成數(shù)字電子鐘的構(gòu)建和邏輯功能驗(yàn)證，學(xué)生設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘成果如圖3所示。教師再次對驗(yàn)證的結(jié)果進(jìn)行記錄評(píng)分，最后綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目報(bào)告評(píng)分，給出該次實(shí)訓(xùn)(實(shí)驗(yàn))總評(píng)成績。實(shí)驗(yàn)考核方式如表1所示。而學(xué)生邏輯實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)占整門課平時(shí)分的60%，以達(dá)到既能反映學(xué)生實(shí)踐過程實(shí)情，又能使學(xué)生獲得實(shí)際能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和通過率。

圖3 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)成果

表1 實(shí)驗(yàn)考核方式

5 結(jié)語

“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”本身就是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的職業(yè)基礎(chǔ)課，其實(shí)踐課又有其不同于電學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，需要教師在明確課程定位和教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生充分理解數(shù)字邏輯電路與計(jì)算機(jī)的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生參與實(shí)踐的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和項(xiàng)目化工作能力，以體現(xiàn)出“職業(yè)教育”的目標(biāo)——側(cè)重于實(shí)踐技能和實(shí)際工作能力的培養(yǎng)。