“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程立體化教學(xué)改革研究

逄珊　楊欣毅

[摘 要]針對(duì)“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”的課程教學(xué)方式較為單一，理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高等問(wèn)題，可以借鑒先進(jìn)的CDIO工程教育理念，從課程教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法和課程考核方式改革等幾個(gè)方面論述了對(duì)課程進(jìn)行立體化教學(xué)改革的具體措施，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，改善教學(xué)效果，探索培養(yǎng)具有現(xiàn)代創(chuàng)新思維卓越工程人才的立體化教學(xué)模式。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電路 邏輯設(shè)計(jì) CDIO 教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）03-0132-02

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是電子電氣信息類等專業(yè)電子技術(shù)方面入門(mén)性質(zhì)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，服務(wù)于電氣自動(dòng)化、電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息與智能檢測(cè)、通信與信息系統(tǒng)等學(xué)科，是一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)具有承上啟下的關(guān)鍵作用。然而目前該課程教學(xué)模式與信息專業(yè)快速發(fā)展的要求相脫節(jié)；課程教學(xué)內(nèi)容偏重理論分析，教學(xué)方式較為單一，以課堂講授為主。部分學(xué)生感到本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥無(wú)味，接受知識(shí)被動(dòng)。很多學(xué)生僅僅把應(yīng)付考試而不是應(yīng)用知識(shí)作為課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)，結(jié)果導(dǎo)致即使考試成績(jī)不錯(cuò)，許多學(xué)生對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等流程依然不甚了解，無(wú)法做到學(xué)以致用，限制了課程對(duì)學(xué)術(shù)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵作用的發(fā)揮。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文借鑒國(guó)外先進(jìn)的CDIO工程教育理念，遵循“首要教學(xué)原理”，提出“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”立體化教學(xué)改革方案：通過(guò)設(shè)定工程化培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的體系層次化建設(shè)、改進(jìn)教學(xué)方法和手段、改革考核方式等措施，提高學(xué)生自主性和獨(dú)立性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，探索培養(yǎng)具有現(xiàn)代創(chuàng)新思維卓越工程人才的立體化教學(xué)模式。

一、立體化課程教學(xué)資源建設(shè)

（一）課程教學(xué)內(nèi)容的體系化、層次化建設(shè)

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”的知識(shí)點(diǎn)很多，學(xué)生在初學(xué)時(shí)往往難以抓住課程思路主線，容易失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力和積極性，因此要特別重視教學(xué)內(nèi)容的體系化。

對(duì)于理論教學(xué)內(nèi)容，可以通過(guò)設(shè)計(jì)“脈絡(luò)圖”或“層次結(jié)構(gòu)圖”的形式把課程的主要內(nèi)容及其應(yīng)用、發(fā)展形象的表示出來(lái)。在每章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)之前都要強(qiáng)調(diào)所學(xué)內(nèi)容在整個(gè)課程體系的位置，從而使學(xué)生深入理解數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展歷程、知識(shí)構(gòu)成體系和各種有價(jià)值的應(yīng)用，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性。

其次，根據(jù)學(xué)科發(fā)展，對(duì)課程的內(nèi)容不斷進(jìn)行更新和優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的循序漸進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容體系，從而讓學(xué)生逐步理解和掌握課程的內(nèi)容體系。

（二）多維立體化課程教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

除了基本的課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)外，還應(yīng)該充分利用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)手段建設(shè)多維度立體化的課程教學(xué)平臺(tái)，依托教學(xué)平臺(tái)進(jìn)一步提高課程的教學(xué)效果。

課程的立體化教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為本的指導(dǎo)思想，將教材、教案、多媒體課件、教學(xué)錄像、試驗(yàn)指導(dǎo)、試題和試卷庫(kù)等各種形式的教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化組合，以提供多維度開(kāi)放性的教學(xué)環(huán)境。學(xué)生可以通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)，并可下載教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)資料，作業(yè)可以通過(guò)平臺(tái)提交，教師可以進(jìn)行在線作業(yè)批改、成績(jī)統(tǒng)計(jì)，為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提供了很好的網(wǎng)絡(luò)課堂，從而使課堂在時(shí)間和空間上得到有效拓展。

二、立體化課程實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)

（一）構(gòu)建“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、“大型實(shí)驗(yàn)”和“綜合型實(shí)驗(yàn)”三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

基礎(chǔ)層次的教學(xué)包括電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和模擬電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，及其基本分析和解決問(wèn)題的能力，采取分組的實(shí)驗(yàn)方法，保證每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)實(shí)際操作，動(dòng)手練習(xí)；大型實(shí)驗(yàn)層次主要是模電大型實(shí)驗(yàn)，教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、處理問(wèn)題的能力，鼓勵(lì)創(chuàng)新思維，促進(jìn)知識(shí)更新，讓學(xué)生在系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用上有所提高，采取的教學(xué)方法是由學(xué)生在規(guī)定范圍內(nèi)自主選題，在實(shí)驗(yàn)室自主完成，一人一組；綜合提高型層次開(kāi)設(shè)的是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，教學(xué)目的是讓學(xué)生綜合運(yùn)用前面各實(shí)驗(yàn)層次所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)和工程技能，面對(duì)較大規(guī)模的電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用的能力，此層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等課外科技活動(dòng)進(jìn)行，采取的教學(xué)方法是在指導(dǎo)教師的輔導(dǎo)下，在開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，經(jīng)過(guò)需求分析、資料查詢、方案論證、設(shè)計(jì)調(diào)試、測(cè)試分析等過(guò)程，最后完成課題。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)更新和優(yōu)化

根據(jù)學(xué)科發(fā)展，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不斷進(jìn)行更新和優(yōu)化設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一些跨課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系，從而逐步培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。如：在基礎(chǔ)層次的數(shù)電實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以進(jìn)行計(jì)數(shù)器、數(shù)字鐘等基于MSI的驗(yàn)證和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在數(shù)電大型實(shí)驗(yàn)中可以讓學(xué)生進(jìn)行基于VHDL的QuatusII數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，并下載于FPGA芯片，使學(xué)生對(duì)SOC有最基本的認(rèn)識(shí)，在綜合提高型實(shí)驗(yàn)中又可以讓學(xué)生用單片機(jī)系統(tǒng)完成同樣的設(shè)計(jì)。

三、基于CDIO理論的教學(xué)方法改革

CDIO工程教育理念是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家學(xué)院等四所大學(xué)工程教育改革的成果。CDIO分別代表構(gòu)思 （Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO理念倡導(dǎo)工程教育從科學(xué)向工程回歸，以工程和生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為核心，讓學(xué)生主動(dòng)地、實(shí)踐地學(xué)習(xí)?！笆滓虒W(xué)原理”是當(dāng)代美國(guó)著名教授Merrill博士提出的教學(xué)理論，認(rèn)為學(xué)習(xí)者只有處于五項(xiàng)情境之中，才能促進(jìn)學(xué)習(xí)。CDIO理念與“首要教學(xué)原理”相輔相成。在教學(xué)方法上面，主要從以下幾個(gè)方面入手進(jìn)行改革。

（一）建立新型的多層立體授課體系

根據(jù)CDIO能力培養(yǎng)大綱，“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)體系可以設(shè)計(jì)為課堂教學(xué)、試驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)新應(yīng)用的層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

按照?qǐng)D1所示的課程授課體系，通過(guò)在課堂教學(xué)、試驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)新應(yīng)用三個(gè)不同層次上的教學(xué)和實(shí)踐，能夠在讓學(xué)生充分掌握理解所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、自學(xué)能力、綜合能力、團(tuán)隊(duì)合作精神的課程教學(xué)目標(biāo)。

（二）遵循CDIO理念，增加教學(xué)的引導(dǎo)性、開(kāi)放性和前瞻性

CDIO理念倡導(dǎo)以應(yīng)用環(huán)節(jié)為核心，讓學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐地學(xué)習(xí)。教學(xué)的引導(dǎo)性就是課堂教學(xué)以應(yīng)用中的問(wèn)題為起點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)術(shù)思考，組織教學(xué)內(nèi)容。開(kāi)放性指的是針對(duì)問(wèn)題，采用啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生列舉和搜索多元化解決方案，不拘泥于教材示例。前瞻性是指通過(guò)教師展示數(shù)字技術(shù)新的思想、最新的科研成果，讓學(xué)生思考技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)的核心技術(shù)。

四、課程考核方式改革

CDIO模式是能力本位的培養(yǎng)模式，與知識(shí)本位的培養(yǎng)模式是有本質(zhì)區(qū)別的。CDIO標(biāo)準(zhǔn)要求采用有效的方法來(lái)衡量學(xué)生的基本個(gè)人能力和人際合作能力、產(chǎn)品和系統(tǒng)構(gòu)建能力以及學(xué)科專業(yè)知識(shí)。在對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合以后，建立了新的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，細(xì)化了課程考核方法，加大了平時(shí)考核力度，將一次考核變?yōu)槿炭己?，并且在開(kāi)學(xué)之初就向?qū)W生公布課程考核辦法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中有明確的努力方向。課程的考核成績(jī)包括：課堂回答問(wèn)題的情況、作業(yè)完成的質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成的質(zhì)量、期末試卷得分情況，同時(shí)對(duì)于一些在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中有突出表現(xiàn)的團(tuán)隊(duì)和個(gè)人給予加分。

五、總結(jié)

本文針對(duì)現(xiàn)有“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程教學(xué)過(guò)程中存在的種種問(wèn)題，借鑒CDIO工程教育理念，從課程教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法和課程考核方式改革等幾個(gè)方面論述了如何對(duì)課程進(jìn)行立體化教學(xué)改革的具體措施。筆者所研究立體化教學(xué)改革不是某個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的獨(dú)立改變，而是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法和考核方式等整個(gè)教學(xué)過(guò)程的立體化變革。以先進(jìn)的教學(xué)理論引導(dǎo)課程教學(xué)改革，必將激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，消除學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的乏味感和知難感，使其主動(dòng)、積極地投入課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中去，從而提高教學(xué)效果，為專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)探索出一種新模式，實(shí)用性強(qiáng)，具有重要推廣價(jià)值。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 劉越，李華等.高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程多維立體化教學(xué)研究與實(shí)踐[J].電腦與信息技術(shù)，2013（12）.

[2] 吳軍，彭芳等.CDIO模式下課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2013（35）.

[3] 符強(qiáng)，任風(fēng)華.Multisim10在《電路與電子學(xué)》理論課程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2011（12）.

[4] 金建設(shè)，張樹(shù)坤，徐偉明等.電路與電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006（12）.

[5] 陳柳，戴璐平.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革研究與探索[J].中國(guó)電力教育，2013（2）.

[6] 逄珊，楊欣毅.《電路與電子學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2013（12）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]