任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法在“電路與數(shù)字邏輯”課程中的應(yīng)用

薛玉利+孫艷+唐艷

摘 要： 針對電路與數(shù)字邏輯課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，采用任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法。教師設(shè)計(jì)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的任務(wù)，在該任務(wù)的驅(qū)動下，指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)的功能，劃分功能模塊，引導(dǎo)學(xué)生查找資料、分析并設(shè)計(jì)方案、選擇元器件、制作調(diào)試，通過實(shí)際問題的解決培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。這種開放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的精神。

關(guān)鍵詞： 任務(wù)驅(qū)動； 電路與數(shù)字邏輯； 任務(wù)型教學(xué)； 傳統(tǒng)教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）06-61-03

The application of task driven teaching method in the course of circuit and digital logic

Xue Yuli， Sun Yan， Tang Yan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Key Laboratory of Information Security

and Intelligent Control in Universities of Shandong， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of strong practicality of the circuit and digital logic course， the task driven teaching method is adopted. Teachers design the task of real life closely related， and with the driving of task， guide students to analyze the function of task and divide the function modules， guide students to search for information， analysis and design， select components， fabricate and debug； by solving the practical problem， cultivate students' practical ability and stimulate their interest in learning. This education method of openness and innovation overcomes the disadvantages of traditional teaching methods， contributes to the cultivation of the application ability of students， improve students' ability to analyze and solve problems， and cultivate team spirit of cooperation.

Key words： task driven； circuit and digital logic； task driven teaching； traditional teaching

0 引言

“電路與數(shù)字邏輯”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，在整個(gè)課程體系中占有重要地位[1]。該課程理論知識點(diǎn)多，涉及到的邏輯門電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與整形等內(nèi)容較難理解，初學(xué)者無法實(shí)現(xiàn)思維的轉(zhuǎn)變，從而在做實(shí)驗(yàn)時(shí)一籌莫展。傳統(tǒng)的教學(xué)一般由教師循序漸進(jìn)地講授知識點(diǎn)，以小型簡單的例子來加深學(xué)生的理解，這種教學(xué)方法的不足之處在于：學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是掌握一些零散知識點(diǎn)的應(yīng)用，沒有建立起系統(tǒng)的思維方式，因此，在應(yīng)用知識時(shí)缺乏整體感[2-3]。

本文探討在“電路與數(shù)字邏輯”課程中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，在教學(xué)過程中，教師設(shè)計(jì)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的任務(wù)，在該任務(wù)的驅(qū)動下，指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)的功能，劃分功能模塊，引導(dǎo)學(xué)生查找資料、分析并設(shè)計(jì)方案、選擇元器件、制作調(diào)試，在這一系列的實(shí)際工程體驗(yàn)活動中增強(qiáng)對所學(xué)知識的理解，獲得較強(qiáng)的動手能力和設(shè)計(jì)制作電路的能力。

整個(gè)教學(xué)過程由任務(wù)驅(qū)動，以學(xué)生為主體，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，同時(shí)注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作、小組間有效溝通等綜合職業(yè)索質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成一個(gè)任務(wù)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)全過程。這種開放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高分析問題、解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

1 任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法的特點(diǎn)

1.1 教學(xué)內(nèi)容的重組

在教學(xué)中使用任務(wù)型教學(xué)法，首先要把理論知識進(jìn)行模塊化分解，合理劃分成若干知識單元，以滿足任務(wù)實(shí)施的需要[4-5]。“電路與數(shù)字邏輯”課程在開始的章節(jié)主要講述了數(shù)字邏輯基礎(chǔ)，其中一部分內(nèi)容學(xué)生在之前的“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”課程中已經(jīng)學(xué)過，所以可以將這部分內(nèi)容適當(dāng)簡化。邏輯代數(shù)的基本概念、公式和定理，邏輯函數(shù)的各種表示方法和化簡，半導(dǎo)體二極管門電路和CMOS、TTL門電路，這一部分中公式化簡和分立元器件門電路在實(shí)際應(yīng)用中已趨于淘汰，可以根據(jù)組合電路的設(shè)計(jì)需求重點(diǎn)學(xué)習(xí)邏輯代數(shù)的基本概念、卡諾圖化簡、各種表達(dá)方式的相互轉(zhuǎn)換，并將其作為一個(gè)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生掌握電路的各種表示方法之間的轉(zhuǎn)換，通過電路仿真軟件Multisim的使用，讓學(xué)生對電路的軟件仿真有一定的理解。組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，包含多種集成芯片的功能分析、使用與設(shè)計(jì)，可以分解為若干個(gè)任務(wù)，利用編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器和數(shù)值比較器等多種中規(guī)模芯片完成實(shí)際組合電路的設(shè)計(jì)與制作。觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，可以分解為多個(gè)任務(wù)，利用觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和移位寄存器等集成芯片完成實(shí)用時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與制作。脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路和模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，可以分解為若干個(gè)綜合設(shè)計(jì)型任務(wù)，切實(shí)提高學(xué)生解決問題的能力。

1.2 教師角色的轉(zhuǎn)換

任務(wù)型教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，教師由知識傳授者轉(zhuǎn)變成一名向?qū)?，引?dǎo)學(xué)生搜集資料、自主學(xué)習(xí)、小組討論，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維[6]。集成電路種類繁多，在電子設(shè)計(jì)中不可避免的會用到不曾接觸過的集成電路，因此需要培養(yǎng)學(xué)生閱讀集成電路數(shù)據(jù)手冊的能力。教師以某個(gè)集成電路芯片為例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會查看集成電路的功能表，理解集成電路完成的功能，注意不同型號集成電路性能指標(biāo)的區(qū)別，進(jìn)而選擇合適的芯片完成設(shè)計(jì)。

1.3 理論與實(shí)踐相結(jié)合。

在日常生活中尋找設(shè)計(jì)任務(wù)，比如交通燈的控制、流動文字顯示、數(shù)字顯示溫度計(jì)等，從身邊有趣的題目入手，可以增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識的興趣，提高其學(xué)習(xí)積極性，不會產(chǎn)生所學(xué)知識與生活脫節(jié)的感受。對于較難理解的知識點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生搭建驗(yàn)證性電路，觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，思考為什么會出現(xiàn)這種結(jié)果，加強(qiáng)對知識點(diǎn)的理解。

1.4 被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)

在任務(wù)型教學(xué)法中， 為了完成任務(wù)，學(xué)生必須主動查找資料，主動思考解決問題的辦法，與小組成員討論完成電路設(shè)計(jì)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主完成電路的制作與調(diào)試，遇到電路故障，需獨(dú)立思考問題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用儀器儀表來檢查出現(xiàn)某種現(xiàn)象的原因以及解決辦法。這種任務(wù)式教學(xué)方法，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生由過去的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，提高了該課程的學(xué)習(xí)效果。

這樣，學(xué)生在明確目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動下，將所學(xué)理論知識與生活實(shí)際問題聯(lián)系起來，對所學(xué)知識點(diǎn)能夠靈活運(yùn)用，通過分析、設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試電路，這個(gè)過程中，學(xué)生通過小組成員合作，共同完成一個(gè)綜合任務(wù)，過程中可以互相討論、有效溝通，既學(xué)到知識，又學(xué)會獨(dú)立思考、與人溝通、分析策劃、動手操作，不但可以將所學(xué)零散的知識點(diǎn)串聯(lián)起來，還可以提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通能力、創(chuàng)新能力、解決復(fù)雜問題的能力，學(xué)生可以逐漸成長為應(yīng)用技術(shù)型人才。

2 任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法的實(shí)施

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法需要對課程的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和提高發(fā)揮性實(shí)驗(yàn)，分別分配一定比例的課時(shí)，教學(xué)過程包括任務(wù)分析、設(shè)計(jì)制作、成果展示幾個(gè)階段。

首先對全班學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)學(xué)生自愿的原則，每組3人，盡量使各個(gè)小組的總體能力相當(dāng)，每個(gè)成員輪流擔(dān)任組長，負(fù)責(zé)電路總體設(shè)計(jì)、小組成員之間任務(wù)分配、與教師溝通和成果展示等。

⑴ 分析任務(wù)。任務(wù)來源于實(shí)際生活，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)，明確需要哪幾個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，針對涉及的知識點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料自學(xué)。教師可以將本任務(wù)的實(shí)物教具示范給學(xué)生，讓學(xué)生對任務(wù)的基本功能有直觀的了解。

⑵ 設(shè)計(jì)制作。根據(jù)所作的任務(wù)分析，小組成員查閱資料、制定方案、設(shè)計(jì)電路。首先使用電路仿真軟件進(jìn)行電路功能仿真；然后組長對成員分配功能任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)室小組成員自主完成電路制作和調(diào)試，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)。遇到電路問題時(shí)，應(yīng)充分利用儀器儀表，耐心檢查，可尋求教師幫助，還可以上網(wǎng)查閱解決問題的方法，這樣能鍛煉學(xué)生的動手能力和解決電路故障的能力，進(jìn)而提高學(xué)生的專業(yè)技能。

⑶ 成果展示。任務(wù)完成后，由小組長負(fù)責(zé)成果展示，將電路設(shè)計(jì)過程、制作中遇到的問題及解決方法與同學(xué)分享，在查閱資料過程中學(xué)習(xí)了哪些新的知識，實(shí)現(xiàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)期望有哪些不同的地方。這個(gè)過程可以讓學(xué)生加深對理論知識的理解，同時(shí)鍛煉了表達(dá)能力，學(xué)生之間可以取長補(bǔ)短，對設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。針對每個(gè)小組的實(shí)際電路設(shè)計(jì)和成果展示，教師和其他小組共同給作品打分，作為一次實(shí)驗(yàn)成績。

成立電子協(xié)會，開展第二課堂作為該課程的有力支撐。電子協(xié)會可以組織學(xué)生走進(jìn)電子市場，了解市場上不同功能芯片的價(jià)格，然后查看它們的性能，對芯片的性價(jià)比做到心中有數(shù)，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)才能選擇最適合的芯片去完成設(shè)計(jì)。以協(xié)會為載體，教師帶領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)用的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，鼓勵(lì)部分優(yōu)秀的學(xué)生設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試實(shí)用的電子產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。通過校級電子設(shè)計(jì)競賽，篩選出優(yōu)秀的學(xué)生，參加國家級的電子設(shè)計(jì)競賽，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新性，讓高一屆的學(xué)生帶動低一屆學(xué)生，能力強(qiáng)的帶動能力弱的，形成互幫互助、共同成長的氛圍，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)興趣，提高專業(yè)技能。

3 結(jié)束語

通過在計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課“電路與數(shù)字邏輯”中引入任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)改革，從生活中的實(shí)例入手，帶動理論的學(xué)習(xí)和電路的設(shè)計(jì)制作，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立探索、勇于開拓進(jìn)取的自學(xué)能力。通過對一個(gè)完整任務(wù)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，學(xué)生獲得了滿足感和成就感，從而激發(fā)了他們的求知欲望，形成一個(gè)學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。通過小組討論和分工合作，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識。這種開放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法"只見樹木，不見森林"的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

實(shí)踐證明，任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)法把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，其實(shí)質(zhì)是追求探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，每位學(xué)生根據(jù)個(gè)人對任務(wù)的理解，查閱資料，將所學(xué)知識和自學(xué)知識融合提出方案、解決問題，課堂教學(xué)過程充滿了民主和個(gè)性，課堂氛圍真正活躍起來。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提高了學(xué)習(xí)興趣，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力得到提高，專業(yè)技能也迅速提高。

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