基于“口袋實驗機(jī)”的數(shù)字邏輯實驗自主式學(xué)習(xí)改革及實踐

蔡春曉　孟德明　周巍　李燕龍

【摘 要】針對目前的電子類實踐教學(xué)模式下，分析了目前數(shù)字邏輯實驗存在的問題，提出基于口袋實驗機(jī)的自主學(xué)習(xí)模式的數(shù)字邏輯實驗改革方案，包括口袋實驗機(jī)設(shè)計，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計，建立團(tuán)隊機(jī)制，訓(xùn)練工程交流能力等，同時加強(qiáng)實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)管理，優(yōu)化課程網(wǎng)絡(luò)資源。實踐結(jié)果表明，改革方案對提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性是有效的。

【關(guān)鍵詞】口袋實驗機(jī)；數(shù)字邏輯實驗；自主式學(xué)習(xí)；實踐教學(xué)

The Experimental Reform and Practice of Self Regulated Learning in Digital Logic Experiment Based on Pocket Experiment Machine

CAI Chun-Xiao MENG De-Ming ZHOU Wei LI Yan-Long

（National Demonstration Center for Experimental electronic circuit Education （Guilin University of Electronic Technology）Guangxi Guilin，541004，China）

【Abstract】In view of the electronic practice teaching mode at present， analyzes the current problems existing in the experiment of digital logic， the autonomous learning mode of pocket experimental machine digital logic experiment reform scheme based on， including the design of pocket experiment machine， we emphasize the students design， build team system， training the engineering ability to communicate at the same time， strengthen the management of experiment preparation link the optimization of course， cyber source. The practice results show that the reform program is effective to improve the enthusiasm and initiative of the students.

【Key words】Pocket Experiment Machine； Digital Logic Experiment；Autonomous Learning；Practice Teaching

目前的電子類實踐教學(xué)模式下，學(xué)生的實踐方式主要是在實驗室實驗箱上進(jìn)行，按固定的實驗步驟完成實驗，從很多方面顯露出不足。實驗教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)不主動，自主學(xué)習(xí)能力差，解決問題能力差等問題。目前國外很多高校已經(jīng)開始實施口袋實驗室的探索，如英國德蒙福特大學(xué)為學(xué)生準(zhǔn)備了一套基于微控制器或FPGA的最小系統(tǒng)開發(fā)板作為口袋實驗室平臺，學(xué)生在課內(nèi)實驗以及畢業(yè)設(shè)計階段，均可以此平臺展開實驗。另一方面，國際知名公司也紛紛注意到“口袋實驗機(jī)”在高校中的流行趨勢，并積極推出相關(guān)產(chǎn)品支持這一實踐教學(xué)模式。該實踐教學(xué)模式可以充分培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，擴(kuò)展實驗空間、解決實驗學(xué)時有限的問題。本文主要介紹如何利用“口袋實驗機(jī)”開展自主學(xué)習(xí)模式的數(shù)字邏輯實驗改革。

1 自主式學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計

針對數(shù)字邏輯電路實驗課程的特點，設(shè)計口袋實驗機(jī)是（5V保護(hù)電源+通用芯片座+若干邏輯開關(guān)+若干LED電平指示+若干數(shù)碼管顯示+脈沖源+調(diào)試邏輯筆+自定義器件），可以完成大實驗箱的所有的功能。學(xué)生攜帶數(shù)電實驗口袋機(jī)出實驗室，基本在課外或課內(nèi)完成數(shù)字邏輯實驗的所有實驗，既可以改善實驗室資源不足的問題，又可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

自主式學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計是個系統(tǒng)工程，不僅要進(jìn)行軟硬件的設(shè)計和更新采購，還有相關(guān)實驗內(nèi)容的設(shè)計、實驗方法改進(jìn)、實驗課程改革、實驗室管理制度改革等工作。根據(jù)口袋實驗機(jī)的特點，提出了以下培養(yǎng)方案。

1.1 強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計

改革實驗方式，即摒棄傳統(tǒng)的給定課題、給定實現(xiàn)方法的實驗?zāi)Ｊ剑臑榻o出課題要求，由學(xué)生構(gòu)思設(shè)計目標(biāo)，確定設(shè)計方案。最后根據(jù)設(shè)計方案實施直至最后調(diào)試運行，使學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運行各個環(huán)節(jié)都能得到訓(xùn)練。

由于整個過程均以學(xué)生為主體，由學(xué)生自己決定具體的預(yù)期功能、設(shè)計方案及最終實施，極大刺激了學(xué)生的探索心理與設(shè)計欲望，顯著提高工程實踐課程的訓(xùn)練效果。

1.2 建立團(tuán)隊機(jī)制

團(tuán)隊合作精神是現(xiàn)代工程師應(yīng)具備的重要素質(zhì)之一。作為工程實踐類課程，從構(gòu)思選題、方案選擇再到元件準(zhǔn)備再到最后實施，工作量大。因此，基于口袋實驗機(jī)實施數(shù)字電路實驗課程的教學(xué)時，要求首先確定團(tuán)隊。一般以2-3人一組，設(shè)置小組長一名，負(fù)責(zé)全組的設(shè)計開展工作。

1.3 訓(xùn)練工程交流能力

傳統(tǒng)工科教育側(cè)重于技術(shù)本身，然而超技術(shù)范圍的個人素質(zhì)，對產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用。其中，交流表達(dá)能力是重要因素之一。因此，我們在設(shè)計教學(xué)過程時，采取了以下措施，分別從口頭表達(dá)與書面表達(dá)兩方面來訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)能力。

1.3.1 增加課程討論環(huán)節(jié)

要求團(tuán)隊內(nèi)部成員進(jìn)行討論，給出綜合設(shè)計方案。然后再以團(tuán)隊之間進(jìn)行設(shè)計方案的比較，即要求學(xué)生不但能看到其他團(tuán)隊的設(shè)計優(yōu)點，也要能指出對方方案的缺點，并充分闡述設(shè)計方案的理由等。endprint

1.3.2 增加方案陳述環(huán)節(jié)

專門設(shè)置方案陳述環(huán)節(jié)，要求各團(tuán)隊制作演示文檔并對方案作說明。聽取方案說明的對象主要為工程經(jīng)驗豐富的老師與校外工程師。方案說明會后對各團(tuán)隊給出評價，作為課程總評的一部分。

1.3.3 重視設(shè)計文檔

書面表達(dá)能力顯然是表達(dá)能力的重要組成部分。要求學(xué)生以團(tuán)隊為單位，撰寫設(shè)計報告。報告中除了要求詳細(xì)說明設(shè)計目標(biāo)、參數(shù)指標(biāo)、結(jié)果展示等，還要求闡明團(tuán)隊成員承擔(dān)的主要任務(wù)，對課題任務(wù)完成作出的貢獻(xiàn)等。

2 具體實施方案

在第二次實驗（組合邏輯電路設(shè)計與測試）開課后，學(xué)生對數(shù)字邏輯實驗有了一定概念后，將數(shù)電實驗口袋機(jī)發(fā)放給學(xué)生，配備若干導(dǎo)線和芯片，說明使用實驗小板要求和布置每節(jié)課實驗預(yù)習(xí)及驗收評分要求，讓學(xué)生明確實驗任務(wù)。學(xué)生領(lǐng)到實驗小板后，可以在實驗室上課，還可以帶出實驗室做實驗預(yù)習(xí)、設(shè)計性實驗、綜合性實驗及課外復(fù)習(xí)等。可以利用數(shù)電實驗口袋機(jī)開展實驗的系列實驗內(nèi)容有：數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器及其應(yīng)用、計數(shù)器及其應(yīng)用、順序脈沖與序列脈沖發(fā)生器、基于555的兩位可逆計數(shù)器等實驗項目。

為了適應(yīng)自主學(xué)習(xí)模式，相關(guān)配套資源的建設(shè)如下：

（1）設(shè)計實驗預(yù)習(xí)和實驗報告一體化模板：實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)有兩個問題，一是學(xué)生實驗項目個數(shù)多，需要學(xué)生花大量時間進(jìn)行預(yù)習(xí)報告和實驗報告書寫；二是過多的實驗報告導(dǎo)致實驗報告質(zhì)量不高，抄教材甚至互相抄襲。為此，對實驗報告進(jìn)行如下改革：對于基本驗證性實驗，提供統(tǒng)一電子模板，學(xué)生只需記錄和分析實驗數(shù)據(jù)；對于綜合性實驗和擴(kuò)展內(nèi)容，需要遞交完整的設(shè)計報告。這樣，既可以減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)又兼顧了報告的完整性。提供實驗報告模板使學(xué)生明確了實驗任務(wù)，使預(yù)習(xí)有很強(qiáng)的針對性。

（2）電子電路基礎(chǔ)實驗課程網(wǎng)站建設(shè)：通過網(wǎng)絡(luò)化課程學(xué)習(xí)加深學(xué)生對同修理論課程知識的理解，強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)能力，提高創(chuàng)新思維能力，突出以學(xué)生為中心的理念。為學(xué)生合理利用“碎片化”學(xué)習(xí)時間，拓展課程理解的深度、難度，實行跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨院系選課和學(xué)習(xí)提供了新的途徑，替代傳統(tǒng)教學(xué)的時空拓展。發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢：興趣引導(dǎo)，資源開放，時間隨意，地點不限，反復(fù)學(xué)習(xí)。依托和共享的教學(xué)資源，滿足不同層次教學(xué)需求和學(xué)生個性化培養(yǎng)提供了良好的途徑。通過建設(shè)課程網(wǎng)站，為學(xué)生提供了全部課題的教案、課件、實驗重難點指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)實驗視頻等內(nèi)容，為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂實驗、課后總結(jié)以及實驗報告撰寫創(chuàng)造了條件。學(xué)生還可在網(wǎng)上進(jìn)行實驗（虛擬實驗），將課堂進(jìn)行了有效的延伸。此外，網(wǎng)站為教學(xué)交流提供了優(yōu)良的環(huán)境，教師可及時發(fā)布教學(xué)信息，包括資料、教學(xué)安排以及教學(xué)內(nèi)容的更新等；學(xué)生可即時反饋意見，拓寬了師生交流的平臺。

3 教學(xué)效果調(diào)查與分析

為調(diào)查數(shù)電實驗口袋機(jī)的實際使用效果，設(shè)計了調(diào)查表，發(fā)給120位學(xué)生進(jìn)行調(diào)研。

表1

調(diào)查結(jié)果表明：

（1）實驗室提供的實驗報告模板使學(xué)生明確了實驗任務(wù)，使預(yù)習(xí)有很強(qiáng)的針對性；

（2）實驗室提供的實驗小板方便學(xué)生在宿舍做實驗，方便邊學(xué)習(xí)邊實踐，也方便宿舍成員間交流探討，釀造熱愛學(xué)習(xí)的氛圍，也方便復(fù)習(xí)和鞏固未掌握的實驗內(nèi)容。

（3）實驗室提供的課件和視頻方便了學(xué)生實驗課程學(xué)習(xí)，學(xué)生對課堂上講授的重難點環(huán)節(jié)可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，直至理解、操作熟練。

4 結(jié)束語

實踐表明，基于“口袋實驗機(jī)模式”的數(shù)字邏輯實驗課程的改革，極大地提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性，初步培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡順仁，趙紅.電子信息工程專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證實踐探索[J].武漢大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版），2012（10），58（S2）：130-132.

[2]祝秋香，肖衛(wèi)初等.地方本科院校電子信息類專業(yè)認(rèn)證的研究與實踐[J].中國電力教育，2014（8）：58-59，61.

[3]黃慧春，胡仁杰.“數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計”精品課程建設(shè)[J].實驗室研究與探索.2011（12）：143-145

[4]李祖明，胡仁杰.綜合設(shè)計類課程建設(shè)的思考與實踐[J].實驗室研究與探索，2008（12）：109-111

[5]姜志鵬，陳正宇，閻浩.基于“口袋實驗室”的實踐教學(xué)模式實施方法[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015（9）：98-99

[6]龔國強(qiáng)，崔文超，夏平.基于創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的電子信息類專業(yè)實踐教學(xué)模式的改革[J].信息通信，2015（10）：261-262.endprint