新工科愿景下數(shù)字邏輯電路課程思政問題研究

謝玲 韋偉 房云 欒迪

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210046）

1 引言

2017年開始教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，這對我國工程教育體系的人才培養(yǎng)提出了新的要求。新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呼喚“新工科”，要求工程教育進(jìn)行改革創(chuàng)新，需要高校為新經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)造就復(fù)合型、創(chuàng)新型、綜合性人才。

作為新工科的學(xué)生，核心能力主要體現(xiàn)在：個(gè)人效能、知識能力、學(xué)術(shù)能力、技術(shù)能力及社會能力，其中誠實(shí)正直、敬業(yè)、理解他人、工程倫理是其常見能力之一[1,2]。因此，作為大學(xué)生成長和人格形成的最主要陣地，高等院校肩負(fù)了特殊的使命，不僅要傳授知識，培養(yǎng)知識能力、學(xué)術(shù)能力和技術(shù)能力，還要注意培養(yǎng)社會主義核心價(jià)值觀以及做人做事等個(gè)人效能和社會能力。當(dāng)代大學(xué)生思想活躍，但是，也容易盲目跟從、盲目參與，思政課程和課程思政雙管齊下，才能滿足教育要強(qiáng)化思想理論教育和價(jià)值引領(lǐng)的需要。

新工科與課程思政的結(jié)合正是大學(xué)生能力培養(yǎng)及道德教育的融匯，本文以數(shù)字邏輯電路為例，將新工科愿景下課程思政與專業(yè)教育相結(jié)合，不失普遍性，為高校傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型和新興工科專業(yè)的設(shè)置與發(fā)展提供新的理論依據(jù)。

2 研究思路

從新工科工程教育改革創(chuàng)新出發(fā)，以應(yīng)用型本科高校為載體，通過將課程思政與專業(yè)教育相結(jié)合，同向同行，協(xié)同發(fā)展，助力新工科，培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才。對理工科高校來說，育人，必須與工程人才的培養(yǎng)定位進(jìn)行對接，根據(jù)培養(yǎng)定位及對人才的能力培養(yǎng)需求，在專業(yè)教育過程中嘗試將社會主義核心價(jià)值觀與新工科核心素養(yǎng)共性的東西一起來講，有機(jī)融入家國情懷、學(xué)以致用、工匠精神、職業(yè)道德等思政元素，提升新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量，幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀、人生觀和世界觀，支撐新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的人才需要。

2.1 課程目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)的基本理論和方法，使學(xué)生能建立數(shù)字系統(tǒng)完整的總體概念，掌握數(shù)字邏輯電路的分析方法、設(shè)計(jì)方法，以及一些經(jīng)典的中、小規(guī)模集成芯片的功能及使用，具備一定的數(shù)字電路分析和設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培育工匠精神新工科人才。

具體教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）掌握邏輯代數(shù)和數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)知識，能將其用于實(shí)際工程問題的分析。

（2）具備分析數(shù)字邏輯電路和器件的能力，掌握組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的一般分析方法，能夠分析典型器件的結(jié)構(gòu)和原理，如編碼器、譯碼器、數(shù)值比較器、加法器、計(jì)數(shù)器、寄存器等，并針對實(shí)際工程問題和應(yīng)用對象進(jìn)行器件和參數(shù)的選擇。

（3）具備對數(shù)字邏輯電路進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的能力，掌握組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，能運(yùn)用基本原理和方法，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（4）通過多種教學(xué)途徑和教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生掌握理論知識、計(jì)算思維和應(yīng)用技術(shù)能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（5）在課程學(xué)習(xí)過程中理解并遵守職業(yè)道德和技術(shù)規(guī)范，有責(zé)任意識。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

針對上述教學(xué)目標(biāo)，我們將內(nèi)容由淺入深地引入，對學(xué)生的能力要求隨之逐層遞進(jìn)。在教學(xué)模式上，將學(xué)生分層培養(yǎng)；并深度挖掘課程思政相關(guān)內(nèi)容，潤物細(xì)無聲地引入日常教學(xué)。

整個(gè)知識體系分為四大模塊：邏輯代數(shù)、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路以及加強(qiáng)模塊（脈沖的產(chǎn)生和整形、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換、EDA工具的應(yīng)用）。其中，根據(jù)不同專業(yè)不同學(xué)生的培養(yǎng)要求，加強(qiáng)模塊中的內(nèi)容可以按需選擇。

每一個(gè)教學(xué)模塊的培養(yǎng)都分為四個(gè)層次，分別是基礎(chǔ)、分析方法、設(shè)計(jì)方法和綜合訓(xùn)練。

具體設(shè)計(jì)如表1[3]。

3 課程思政案例

3.1 課程引入部分

這部分講述的是課程的必要性和重要性，以及在課程體系中的作用。小到生活中的電子器件，大到國防、國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，此時(shí)適時(shí)引入人生觀、價(jià)值觀、世界觀，對學(xué)生進(jìn)行國防教育、理想教育。

3.2 邏輯代數(shù)部分

這部分講述邏輯代數(shù)基礎(chǔ)及作用，此處引入如何有效學(xué)習(xí)。這一部分是整個(gè)知識體系的基礎(chǔ)，打好基礎(chǔ)，積累到一定的量，才能引起質(zhì)的飛躍。

邏輯函數(shù)具有5種描述方法，這幾種方法之間可以相互轉(zhuǎn)換，由此引入辯證法中事物的多樣性，并引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)的知識、思想、方法融合于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中，激發(fā)和提高創(chuàng)新意識。

3.3 組合邏輯電路

這部分描述組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)的一般方法，并重點(diǎn)講解編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等常用組合邏輯電路的原理和應(yīng)用。引導(dǎo)學(xué)生正確看待個(gè)體與整體的關(guān)系：知道組合邏輯電路中單個(gè)門電路不能做到綜合功能的實(shí)現(xiàn)，只有所有門電路集合在一起才能完成相應(yīng)的功能，如加法器、數(shù)值比較器等。

要實(shí)現(xiàn)一定功能的邏輯電路，實(shí)現(xiàn)的方式有很多，比如可以用最簡單的門電路實(shí)現(xiàn)，也可以用譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。所用到的元器件個(gè)數(shù)及類型不同，就會進(jìn)行比較，如什么樣的實(shí)現(xiàn)方式所選用的元器件少，什么樣的實(shí)現(xiàn)起來經(jīng)濟(jì)、方便，進(jìn)而可以培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)約意識，以及人類命運(yùn)共同體的價(jià)值觀。

3.4 時(shí)序邏輯電路

這部分描述時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法，時(shí)序邏輯電路以觸發(fā)器為核心，加上一定的組合邏輯電路，構(gòu)成了計(jì)數(shù)器、寄存器等經(jīng)典時(shí)序邏輯電路，此處可以引入個(gè)人在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中的作用。

時(shí)序邏輯電路涉及的集成電路較多、規(guī)模較大，引申到當(dāng)代中國在集成電路方面的成就與不足，要學(xué)生辯證地看問題、發(fā)現(xiàn)問題。另外，引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)對自己的國家、民族的認(rèn)同感和自豪感，意識到自己肩負(fù)著民族復(fù)興的重任，要為實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化和中華民族偉大復(fù)興，建成社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國而努力奮斗。

3.5 加強(qiáng)模塊

這部分由三大內(nèi)容構(gòu)成，可用于分層教學(xué)，體現(xiàn)課程的高階性。三大內(nèi)容分別是：脈沖的產(chǎn)生和整形、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換、EDA工具的使用。其中，脈沖的產(chǎn)生和整形重點(diǎn)要求掌握555定時(shí)器的原理，以及用該芯片構(gòu)成的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的工作原理和應(yīng)用。對計(jì)算機(jī)類、自動化類等需要軟硬結(jié)合的學(xué)生來說，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是必不可少的內(nèi)容，要求掌握其原理和應(yīng)用，能夠進(jìn)行器件的選取。EDA工具我們引入了proteus仿真軟件，讓學(xué)生搭建電路，并進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，快速觀測到效果，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀性和能動性。這個(gè)過程涉及之前學(xué)過的各個(gè)知識點(diǎn)，留意每一個(gè)細(xì)節(jié)，且不斷調(diào)試、調(diào)整，才能構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。這個(gè)過程可以培養(yǎng)學(xué)生為國為民、甘于吃苦的奉獻(xiàn)精神，堅(jiān)持科學(xué)、不斷探索的創(chuàng)新精神和精益求精、追求完美的工匠精神。從而把課程思政融入整個(gè)教學(xué)過程中，做到“潤物細(xì)無聲”，潛移默化地影響學(xué)生。

4 教學(xué)模式改革

4.1 講授方法成體系

以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，注重分析和設(shè)計(jì)的方法。無論是組合邏輯電路還是時(shí)序邏輯電路，都從一般性的方法講起，再到具體實(shí)例的分析和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，也讓整個(gè)課程的講授脈絡(luò)清晰、易懂。

4.2 課程思政入課堂

立德樹人的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于將課程思政融入專業(yè)課程的教學(xué)當(dāng)中。通過對數(shù)字邏輯電路課程的改革，將思政元素從兩個(gè)方面融入專業(yè)課程中。一是由知識點(diǎn)引出的課程思政內(nèi)容，這個(gè)是顯式的課程思政；另一方面從課程的設(shè)計(jì)、運(yùn)用的方式潛移默化地融入課程思政，如上面案例部分所述的工匠精神，這個(gè)是隱式的課程思政。我們就是要通過課程的學(xué)習(xí)，將學(xué)生培養(yǎng)成有思想、能創(chuàng)新、有正確價(jià)值觀的人才，符合新工科人才的內(nèi)在要求。最終能讓學(xué)生思考該如何通過所學(xué)知識，在國家發(fā)展與個(gè)人前途的交匯點(diǎn)上規(guī)劃人生。

4.3 教學(xué)方式多樣化

新的育人要求需要教學(xué)方式的創(chuàng)新。既然是以學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)，那就要以學(xué)生為本，更好地進(jìn)行差異化人才培養(yǎng)，真正實(shí)現(xiàn)因材施教，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、參與性和協(xié)作性。必須進(jìn)行教學(xué)方式的改革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式多樣化。

（1）采用線上線下混合式教學(xué)模式，打造精品資源庫。線上采用SPOC和直播方式（根據(jù)需要可以選擇），將課內(nèi)知識點(diǎn)做成微課，可以反復(fù)觀看。學(xué)生在線上通過觀看視頻完成基本理論知識的學(xué)習(xí)，對不懂的內(nèi)容可以線上提問，完成自學(xué)過程。線下課堂主要是對重點(diǎn)、難點(diǎn)針對性講授，特別是對線上學(xué)習(xí)時(shí)反映出的突出問題進(jìn)行深入剖析。另外，線上的資源可以實(shí)時(shí)更新，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行教學(xué)。

（2）利用對分課堂進(jìn)行分層教學(xué)。首先因材施教，不同的學(xué)生需要培養(yǎng)的能力不同，在頂層設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到這一點(diǎn)，可以在基礎(chǔ)課程之后通過一些階段測試或者是競賽成績將學(xué)生進(jìn)行分類。我們采用對分課堂，結(jié)合線上線下混合式教學(xué)模式，要為不同的學(xué)生設(shè)計(jì)線上學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也就是說不能放手讓學(xué)生完全自學(xué)，而是有引導(dǎo)性地讓學(xué)生線上學(xué)習(xí)，這種方式往往更加高效，也不會讓學(xué)生覺得摸不著重點(diǎn)。對分課堂對教師提出了更高的要求，要求教師更加準(zhǔn)確地把握課堂教學(xué)目標(biāo)，更加精確地選擇教學(xué)內(nèi)容，更加恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用課堂教學(xué)方法，在課前準(zhǔn)備工作上投入大量的精力，精心設(shè)計(jì)教學(xué)，讓學(xué)生線上自學(xué)之前，要給出設(shè)計(jì)好的預(yù)習(xí)單。而線下的課堂之中，也要引導(dǎo)好學(xué)生分組討論，將知識內(nèi)化吸收。

多樣的教學(xué)方式，可以不斷地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，化被動為主動，激發(fā)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、不怕困難、堅(jiān)持理想、挑戰(zhàn)學(xué)科前沿的勇氣和內(nèi)驅(qū)力。

4.4 考核評價(jià)融合創(chuàng)新

課程采用多樣化的作業(yè)設(shè)計(jì)體系和課程考核方式。在考核方式方面，改變重期末、輕平時(shí)的方式，增加學(xué)生學(xué)習(xí)過程考核次數(shù)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)造的能力。并且在這一過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，反過來可以作為學(xué)生分層的數(shù)據(jù)來源，支持因材施教，促進(jìn)教與學(xué)的提升。在考核內(nèi)容方面，改變重理論、輕實(shí)踐的方式，增加項(xiàng)目考核內(nèi)容，注意項(xiàng)目的難度和區(qū)分度，不同層次的學(xué)生難度不一樣，成績系數(shù)也不一樣。

課程的總成績由三大部分組成：（1）線上成績，包含在線課程觀看成績、線上測驗(yàn)成績、線上討論成績等；（2）線下成績，包含作業(yè)成績、過程考核成績、項(xiàng)目考核成績等；（3）期末考試成績，主要是期末考試卷面成績。以上三方面成績比例可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

新工科對應(yīng)用型人才培養(yǎng)提出了不一樣的能力要求，以培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)，在專業(yè)課程教學(xué)過程中將社會主義核心價(jià)值觀與新工科核心素養(yǎng)共性的東西結(jié)合起來，引入課程思政。立德樹人是教育的根本任務(wù)，而課程思政是落實(shí)這個(gè)根本任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章以數(shù)字邏輯電路課程為例，轉(zhuǎn)變單一的課堂授課模式，采用線上線下混合式教學(xué)，將思政元素或顯式或隱式地引入到課程當(dāng)中，春風(fēng)化雨、潤物細(xì)無聲地將學(xué)生培養(yǎng)成有思想、能創(chuàng)新、有正確價(jià)值觀的人才，同時(shí)為高校傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型和一流課程的建立提供理論和實(shí)踐依據(jù)。