以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的數(shù)字邏輯課程教學(xué)改革探討

曹錦綱 程曉榮 鄭顧平

摘要：數(shù)字邏輯課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)其他硬件課程的先導(dǎo)課程。為了使學(xué)生在數(shù)字邏輯課程中學(xué)有所獲，本文引入了以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的思想，從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考核方法等方面進(jìn)行了教學(xué)改革探討，以使學(xué)生在掌握課程知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析問題和解決問題能力以及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：能力培養(yǎng)；數(shù)字邏輯；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）04-0122-02

數(shù)字邏輯課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)、接口與通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等課程的先導(dǎo)課程。數(shù)字邏輯課在整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件方面的學(xué)習(xí)具有非常重要的地位，肩負(fù)著引導(dǎo)學(xué)生從了解計(jì)算機(jī)硬件組成，掌握其工作原理，一直到分析與設(shè)計(jì)數(shù)字硬件電路的重要使命[1]。當(dāng)前科技發(fā)展日新月異，以科技創(chuàng)新和技術(shù)升級(jí)為核心的國際競爭更趨激烈，提高自主創(chuàng)新能力已成為我國國家發(fā)展戰(zhàn)略的核心。數(shù)字邏輯是一門理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，既要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要提高實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。目前本校的數(shù)字邏輯教還需要進(jìn)行一些針對(duì)性的改革，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的各項(xiàng)能力，以更好地適應(yīng)社會(huì)要求。

一、數(shù)字邏輯課程教學(xué)現(xiàn)狀

結(jié)合本校的實(shí)際，分析數(shù)字邏輯課程教學(xué)過程中存在的一些問題。

1.教學(xué)方式較為單一。數(shù)字邏輯課程理論性和抽象性較強(qiáng)，課程知識(shí)量較大，知識(shí)點(diǎn)較多，有許多公理、定理、規(guī)則需要記憶，課程基本采用了全程板書的授課形式，缺乏生動(dòng)和活潑，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易感到枯燥，喪失興趣。

2.課程內(nèi)容較為陳舊。數(shù)字邏輯課程的教學(xué)內(nèi)容仍是基于小規(guī)模集成電路的經(jīng)典數(shù)字邏輯分析和設(shè)計(jì)方法，即用真值表、卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)方程、時(shí)序圖、邏輯圖和邏輯函數(shù)表達(dá)式等方法來分析和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯系統(tǒng)。缺少現(xiàn)代數(shù)字邏輯方法的介紹，難以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需要，該方法對(duì)于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)無能為力。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有待加強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中驗(yàn)證性的比重較大，綜合性、設(shè)計(jì)性的內(nèi)容較少，使學(xué)生認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)就是連導(dǎo)線、搭電路、記數(shù)據(jù)和寫報(bào)告[2]，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高。

4.學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。隨著互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)的普及，一些學(xué)生上課也離不開手機(jī)，新聞、游戲和小說等無所不看，給教師的教學(xué)工作帶來了很大的困難。同時(shí)，學(xué)生在心態(tài)上較為浮躁，想要好成績又不肯下功夫，期待老師最后畫重點(diǎn)，勾習(xí)題，突擊過關(guān)。

二、教學(xué)改革研究

為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，培養(yǎng)和提高學(xué)生能力，數(shù)字邏輯課程教學(xué)改革從以下幾方面進(jìn)行。

1.革新教學(xué)方式。在數(shù)字邏輯的課堂教學(xué)過程中，采取板書與多媒體課件相結(jié)合的授課形式。對(duì)于經(jīng)典電路的分析和設(shè)計(jì)，重要的習(xí)題、例題的解答推導(dǎo)采用板書形式，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，給學(xué)生思考的時(shí)間，讓課堂教學(xué)張弛有度、層次分明，并以文字、動(dòng)畫、圖形等多種形式展示教學(xué)內(nèi)容，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。注重教學(xué)過程中的提問、互動(dòng)式教學(xué)方法的研究與實(shí)踐，通過與學(xué)生在各個(gè)環(huán)節(jié)中的互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生思考問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力[3]。

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字邏輯課程學(xué)時(shí)有限，在短時(shí)間內(nèi)完成這門課的全部教學(xué)非常困難。教師在教學(xué)過程中應(yīng)去粗取精，如對(duì)于集成門電路可以少講或不講?？紤]到與后續(xù)的“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”、“嵌入式系統(tǒng)”等課程銜接，一些常用的邏輯電路如加法器、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器等的原理及應(yīng)用要作為教學(xué)重點(diǎn)。同時(shí)，為了讓學(xué)生了解數(shù)字邏輯發(fā)展情況，將現(xiàn)代數(shù)字邏輯的分析和設(shè)計(jì)方法引入，如引入EDA技術(shù)到“數(shù)字邏輯”的課程教學(xué)中，充分利用計(jì)算機(jī)仿真這一現(xiàn)代化的技術(shù)手段，以及其使用不受教學(xué)場地限制的優(yōu)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)，通過查閱相關(guān)資料，自主擬定設(shè)計(jì)方案并完成設(shè)計(jì)仿真，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)[4]。

3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為突出課程的實(shí)踐性，提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三部分：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、綜合設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)。其中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是利用數(shù)字邏輯課程基本原理來實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生掌握課程的基礎(chǔ)理論和方法；綜合設(shè)計(jì)是綜合利用數(shù)字邏輯課程所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；提高設(shè)計(jì)是針對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)的自主實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。綜合設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)著重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。通過將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成三部分，既能滿足一般學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，也能滿足成績優(yōu)秀學(xué)生更高層次能力的培養(yǎng)。同時(shí)，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)不僅要以數(shù)字邏輯理論教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，更應(yīng)該充分考慮與計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的銜接口[5]。

4.重視實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)的目的是為了讓學(xué)生更好地掌握課程所學(xué)知識(shí)，做到學(xué)以致用。因此，讓學(xué)生能夠真正參與到實(shí)驗(yàn)中尤為重要。為了保證實(shí)驗(yàn)的效果，在數(shù)字邏輯課程實(shí)驗(yàn)中，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)分成了三個(gè)步驟，稱為“實(shí)驗(yàn)三部曲”——預(yù)習(xí)、操作和總結(jié)。預(yù)習(xí)的目的是讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的邏輯電路，確保實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，預(yù)習(xí)需要交預(yù)習(xí)報(bào)告；操作既是學(xué)生對(duì)基本原理和方法的再認(rèn)識(shí)，也是對(duì)自己設(shè)計(jì)的邏輯電路進(jìn)行驗(yàn)證的過程，通過實(shí)際操作，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)完成需要指導(dǎo)教師驗(yàn)收；總結(jié)即通過撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回顧實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的問題，深化對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

5.改革考核方法。考核方法的改革不僅是要改變傳統(tǒng)的考核內(nèi)容和形式，還要改變傳統(tǒng)的成績?cè)u(píng)定構(gòu)成。在數(shù)字邏輯課程中改變以往期末考試“一考定終身”的形式，降低期末考試成績?cè)诳偝煽冎械谋壤?，增加平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績，即總成績=期末成績（50%）+平時(shí)成績（30%）+實(shí)驗(yàn)成績（20%）。平時(shí)成績應(yīng)反映學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程的情況，這里，將平時(shí)成績分成出勤情況（10%）、過程考核情況（10%）、作業(yè)和課堂表現(xiàn)（10%）三部分，實(shí)驗(yàn)成績包括預(yù)習(xí)報(bào)告（5%）、實(shí)踐操作（10%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（5%）三部分。這樣總成績能夠比較全面地反映學(xué)生在數(shù)字邏輯課程學(xué)習(xí)過程中的情況。學(xué)生要想取得優(yōu)秀的成績，必須在課程學(xué)習(xí)的各方面均表現(xiàn)優(yōu)秀才行，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

三、結(jié)束語

本文將以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的思想引入到數(shù)字邏輯課程中，對(duì)教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考核方法等進(jìn)行了相應(yīng)的改革，從而使學(xué)生通過數(shù)字邏輯課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，可掌握數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的數(shù)字電路知識(shí)，并能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐明.認(rèn)識(shí)簡單與統(tǒng)一之美——數(shù)字邏輯課程教改談[J].計(jì)算機(jī)教育，2013，（2）：24-26.

[2]肖娟，王嵩.《數(shù)字邏輯》課程教學(xué)方法改革研究與實(shí)踐[J].腦知識(shí)與技術(shù)，2015，11（19）：125-126.

[3]葉海雄，匡興紅，呂春峰.談數(shù)字邏輯課程教改實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2016，（20）：104-105.

[4]雷宇凌.軟件工程專業(yè)“數(shù)字邏輯”課程改革的探索[J].科技資訊，2015，（28）：174，176.

[5]馮國富，馬玉奇，易叢琴，董立夫.面向數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成原理銜接的實(shí)踐環(huán)節(jié)[J].計(jì)算機(jī)教育，2017，（2）：141-145.

Abstract：Digital logic is a compulsory course，and it is also a leading course for other hardware courses in computer science major.In order to make students learn something from the course of digital logic，the paper introduces the idea of ability-oriented education，and discusses the teaching reform from teaching methods and contents，experiment and assessment methods so that students can grasp the knowledge of course，and also can develop and improve the ability of analyzing and solving problems and innovation.

Key words：ability-oriented education；digital logic；teaching reform