“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程教學(xué)理念

摘 要 本文在作者多年講授“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程的基礎(chǔ)上，總結(jié)了對(duì)本課程的看法及在實(shí)踐中遇到、經(jīng)歷的一些實(shí)際問(wèn)題（包括對(duì)兄弟院校的調(diào)研），對(duì)于此課程的教學(xué)特點(diǎn)及對(duì)其產(chǎn)生影響的各個(gè)方面做了小結(jié)，并提出了在實(shí)踐中證明切實(shí)可行的一些做法與經(jīng)驗(yàn)，故本文是站在一個(gè)更高的層次上對(duì)相關(guān)課程教學(xué)的一種探討，而不是對(duì)某一教學(xué)內(nèi)容細(xì)節(jié)的討論，作者曾就本課題在2006年“全國(guó)高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)硬件課程教學(xué)研討會(huì)”（2006年4月21-23日在清華大學(xué)召開(kāi)）上作大會(huì)重點(diǎn)發(fā)言，博得第一線教師們的同感，并獲一致好評(píng)。

關(guān)鍵詞 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 基礎(chǔ) 核心 實(shí)驗(yàn)

1 定位為基礎(chǔ)核心課程

“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，首先定位要明確，對(duì)于剛?cè)胄５牡湍昙?jí)學(xué)生來(lái)講，教師一定要有打好其扎實(shí)基礎(chǔ)的信心、責(zé)任與方法，教師不僅要有教好本課程的責(zé)任，還要有引導(dǎo)學(xué)生入門(mén)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的方法與責(zé)任，故教人者同時(shí)兼顧著指引學(xué)習(xí)者進(jìn)大門(mén)（計(jì)算機(jī)學(xué)科）與入小門(mén)（數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)）的責(zé)任。

（1）對(duì)不同的學(xué)校、專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是硬件、軟件、應(yīng)用或其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)，各校有自身的基礎(chǔ)、底蘊(yùn)，故對(duì)各專(zhuān)業(yè)的分類(lèi)，要求會(huì)有所偏重，但“基礎(chǔ)”、“核心”應(yīng)該不可動(dòng)搖。

（2）無(wú)論是本科、專(zhuān)科，還是其他層次類(lèi)型的學(xué)校（公辦、民辦、獨(dú)立學(xué)院、自考、函授、高職院校）都應(yīng)重視本基礎(chǔ)核心課程的教學(xué)。

對(duì)“數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)”，教育部在各類(lèi)相關(guān)的教學(xué)大綱中均規(guī)定為必開(kāi)課程（其重要性在此也不必多說(shuō)）。

2 領(lǐng)導(dǎo)的重視程度

各高校計(jì)算機(jī)院、系領(lǐng)導(dǎo)安排此課程的相對(duì)重視程度至關(guān)重要。

（1）主講教師、助教、實(shí)驗(yàn)課技師要安排精兵強(qiáng)將。我們可比喻上課效果按下棋的段位來(lái)分，教授上課未必是九段，講師也可以是九段。即要由那些課上得棒并且有責(zé)任心的人員進(jìn)行教學(xué)。

（2）有較穩(wěn)定的教學(xué)、研究小組。現(xiàn)在較普遍的問(wèn)題是有些教師搞科研或因其他原因，常常出差，出現(xiàn)換、停課次數(shù)較多的現(xiàn)象，必然影響教學(xué)效果。應(yīng)該建立一些制度，如帶實(shí)驗(yàn)臨時(shí)由研究生輪流帶不行；教師常出差不行；課程從頭至尾必須由固定的老師完成，不能像辦講座式地輪換人員。

（3）領(lǐng)導(dǎo)、教師、實(shí)驗(yàn)技師經(jīng)常要注意學(xué)生的反饋意見(jiàn)，隨時(shí)掌握教與學(xué)、示范與動(dòng)手過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并及時(shí)解決。本課程既要學(xué)理論，又要?jiǎng)邮肿鰧?shí)驗(yàn)，各環(huán)節(jié)要環(huán)環(huán)套上。

（4）選一本恰當(dāng)?shù)慕滩模诔浞肿鹬刂髦v教師的基礎(chǔ)上，給予一定的把關(guān)。雖然計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)要開(kāi)設(shè)數(shù)字電路課程，但是由于不同的學(xué)校、專(zhuān)業(yè)的要求，著重點(diǎn)、學(xué)生的層次有所不同，在選擇教材時(shí)也有所區(qū)別。這里強(qiáng)調(diào)的是“恰當(dāng)”，即適合學(xué)生的層次并經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明選用此教材達(dá)到了好的效果。比如我們南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系選用的是由科學(xué)出版社出版的新世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教材系列中的《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)》（白中英主編）教材，這是針對(duì)普通高校本科生使用的獲獎(jiǎng)教材，經(jīng)過(guò)論證和試用到正式選定使用，取得了較好的效果。

3 主講教師一定要負(fù)責(zé)

選定有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的且有責(zé)任心的主講教師（同時(shí)也是相關(guān)教研小組的負(fù)責(zé)人）是關(guān)鍵的一環(huán)。

（1）主講教師要經(jīng)常與實(shí)驗(yàn)師、助教、學(xué)生溝通。

（2）相對(duì)來(lái)說(shuō)，各角色要分工明確。

①主講教師是主線、核心隊(duì)員。

②實(shí)驗(yàn)師首先要教會(huì)每個(gè)學(xué)生真正自己動(dòng)手（這是一道坎，有人會(huì)用別人做好的東西去冒充，硬件上手和軟件上手不一樣，現(xiàn)在電腦很普及，軟件上手實(shí)踐機(jī)會(huì)多，而硬件要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件提供）做好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；其次才是誰(shuí)做得更復(fù)雜、更好的問(wèn)題。

③對(duì)助教主要要求他發(fā)現(xiàn)、總結(jié)學(xué)生作業(yè)及實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，特別是帶有普遍性的問(wèn)題。

（3）教研小組負(fù)責(zé)人對(duì)各類(lèi)人員要有考核，親自與學(xué)生溝通，及時(shí)了解本教學(xué)小組成員的工作成效，比如耐心程度，對(duì)學(xué)生的態(tài)度，設(shè)備、器材的損壞率等。

（4）積極與院、系領(lǐng)導(dǎo)打交道，以便保持本課程在獲得支持、重視程度、投資更新等方面的地位。

4 結(jié)合調(diào)查意見(jiàn)

結(jié)合學(xué)校、教務(wù)處等有關(guān)部門(mén)對(duì)學(xué)生的教學(xué)抽樣意見(jiàn)調(diào)查，將本課程的得分、評(píng)價(jià)與其他課程作比較，以便相互促進(jìn)、提高，本作者所主講的數(shù)字邏輯電路課程在綜合評(píng)分中總是名列前茅。本課程有自身的獨(dú)到之處，講課、實(shí)驗(yàn)做得好具有得分優(yōu)勢(shì)，而如果不重視實(shí)驗(yàn)，做得不好結(jié)果正相反。

5 課時(shí)的安排要適當(dāng)

各學(xué)校要根據(jù)自身的情況及所選用教材的建議課時(shí)，綜合考慮實(shí)際課時(shí)的確定。比如我校計(jì)算機(jī)系所選用的教材參考課時(shí)為64學(xué)時(shí)，我們認(rèn)為這是最低課時(shí)數(shù)，我們是偏重軟件的學(xué)校，對(duì)于為數(shù)不多的硬件課程要保質(zhì)保量，主講教師要根據(jù)情況增加課時(shí)，應(yīng)在正常順序教課的基礎(chǔ)上，對(duì)于：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的普遍性問(wèn)題；（2）習(xí)題中帶普遍性的問(wèn)題；（3）增加的某些內(nèi)容、補(bǔ)充的典型例題等由主講教師在課堂上講效果好。另一個(gè)要注意的問(wèn)題是現(xiàn)在普遍采用電化教育，上課放投影，教師如果不掌握好進(jìn)度（往往難以掌握），學(xué)生會(huì)無(wú)所適從，應(yīng)給一定時(shí)間要求學(xué)生記筆記，并給予反應(yīng)上的緩沖時(shí)間。我們?cè)囘^(guò)兩個(gè)班級(jí)做記筆記與不記筆記的對(duì)比，最終有一定時(shí)間記筆記的班級(jí)在學(xué)習(xí)效果、考試成績(jī)方面均優(yōu)于不記筆記的班級(jí)，現(xiàn)在學(xué)生普遍不愿記筆記、不愿動(dòng)手，這是要引起注意的一種新的惰性。

6 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其積極性

在整個(gè)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)上要設(shè)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而調(diào)動(dòng)起同學(xué)們對(duì)本課程的學(xué)習(xí)、動(dòng)手作實(shí)驗(yàn)的積極性。

（1）通過(guò)形象的比喻（要結(jié)合內(nèi)容與進(jìn)度）激發(fā)學(xué)生興趣

比如學(xué)習(xí)基本邏輯運(yùn)算及電路時(shí)，將其比喻為建高樓，需要先了解磚、鋼筋、水泥等基礎(chǔ)建筑材料；當(dāng)學(xué)生學(xué)到可以設(shè)計(jì)一些較為簡(jiǎn)單的電路時(shí)，既要肯定又要激勵(lì)，可比喻為，你可以用磚等基礎(chǔ)材料搞創(chuàng)作了，不過(guò)還僅僅停留在搭個(gè)羊圈、蓋個(gè)馬棚的水平，必須進(jìn)一步學(xué)下去；而在教材基本上講完后，可比喻為，你現(xiàn)在相當(dāng)于可以建造人住的普通房屋了，但你要造高樓大廈，建筑精品還需努力學(xué)下去。這樣類(lèi)似的比喻學(xué)生印象深，已有不止一個(gè)已畢業(yè)的學(xué)生遇見(jiàn)我閑談時(shí)提到教師比喻建筑之事，有的學(xué)生對(duì)我姓什么都有些模糊，但建筑之事不忘。

（2）激發(fā)學(xué)生的好勝心

現(xiàn)在的學(xué)生普遍好表現(xiàn)，好展示自己，給他舞臺(tái)，他會(huì)用十足的心思。比如講觸發(fā)器時(shí)，對(duì)主從J—K觸發(fā)器的基本邏輯圖，我對(duì)學(xué)生說(shuō)，誰(shuí)5分鐘看懂并能正確講給我聽(tīng)就封他為高手，10分鐘看懂水平還可以，15分鐘還未看懂就別自己看了；而對(duì)維持阻塞D觸發(fā)器的邏輯圖，誰(shuí)8分鐘看懂是高手，12分鐘看懂還可以，18分鐘還鬧不明白就別自己看了。

學(xué)生說(shuō)他學(xué)到了相關(guān)知識(shí)，并能做題目了，我封他水平還可以；要做高手必須用盡量短的時(shí)間講得讓別人聽(tīng)懂，這對(duì)教師也存在挑戰(zhàn)，教師自己懂的東西能否盡快讓學(xué)生也懂，這是個(gè)考驗(yàn)。

（3）結(jié)合就業(yè)

告訴學(xué)生現(xiàn)在硬件越來(lái)越重要，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，就業(yè)機(jī)會(huì)和工資待遇大有提高，現(xiàn)各大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的學(xué)生動(dòng)手能力普遍不夠，會(huì)編大型程序的人不多，會(huì)硬件設(shè)計(jì)的人就更少了，若想糧袋里的糧食多一些，那就先跟老師把數(shù)字邏輯電路這一基礎(chǔ)課學(xué)好。如果學(xué)生拿著自己設(shè)計(jì)的硬件作品去找工作，往往比拿一軟件作品還管用（別人一看你硬件都會(huì)設(shè)計(jì)，那么普通編程也應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題）。

7 目前國(guó)內(nèi)高校本門(mén)課程普遍存在的一些問(wèn)題

作者經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)各層次的高校數(shù)字邏輯電路課程的教學(xué)、實(shí)踐及相關(guān)教材的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。

（1）使用教材較為陳舊，講授內(nèi)容缺乏時(shí)代性。

①教材不少，但更新較慢，有的教師有惰性，不愿輕意換教材或使用更新版本，這與教師太忙，學(xué)校重科研、輕教學(xué)等多種原因有關(guān)。

②出版社與作者對(duì)如何更新已有版本的教材缺少溝通。比如涉及到報(bào)酬如何算等問(wèn)題。實(shí)際上如果使用同一書(shū)的更新版本，既節(jié)省教師的備課時(shí)間，又有延續(xù)性，出版社書(shū)的銷(xiāo)量也可以增加，這樣效果較好，所以出版社應(yīng)與相關(guān)作者建立長(zhǎng)期的合作關(guān)系。

（2）只講授“功能部件”級(jí)范圍，不涉及“數(shù)字系統(tǒng)”級(jí)范圍。

①與教學(xué)計(jì)劃的革新、課時(shí)安排有關(guān)。

②與主講教師、助教、實(shí)驗(yàn)技師的觀念、水平的提高，知識(shí)的更新有關(guān)。

③與學(xué)校設(shè)備、器材的經(jīng)費(fèi)投入有關(guān)（這不完全是任課教師的問(wèn)題）。

（3）不少院校將本課程交給電子系教師講授，因而與后續(xù)課程不易銜接（理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)都會(huì)存在問(wèn)題）。

①外系教師的責(zé)任感通常與本系教師有差別。實(shí)驗(yàn)師、助教的配備也有問(wèn)題，有的學(xué)校還可能是私下請(qǐng)的，無(wú)工作量、無(wú)考核，只給課時(shí)費(fèi)了結(jié)；有的可能連實(shí)踐課內(nèi)容都砍掉了。

②對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的后續(xù)課，培訓(xùn)人才的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有較大的偏差，比如對(duì)軟、硬件設(shè)計(jì)的結(jié)合等問(wèn)題。

③我們應(yīng)該偏重圍繞計(jì)算機(jī)這一專(zhuān)門(mén)的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行研究，可稱(chēng)是一種縱深研究，而電子系是一種橫向的廣泛的研究。

（4）硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言本科生采用ABEL-HDL語(yǔ)言較易掌握，效果較好，而用VHDL語(yǔ)言效果相對(duì)差些。

（5）所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為落后，這會(huì)涉及到經(jīng)費(fèi)的投入問(wèn)題，有的學(xué)校微機(jī)購(gòu)置了許多，而數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備卻很陳舊，甚至沒(méi)有。

（6）硬件課程受到擠壓，有的地方把數(shù)字電路和模擬電路課程合并，有的甚至作為講座性質(zhì)或干脆砍掉不上了。這些都是有待規(guī)范、解決的問(wèn)題。

總之，應(yīng)在把“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程真正作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)核心課的原則下，各校結(jié)合自己的情況，在教學(xué)、實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)上引起足夠的重視，認(rèn)識(shí)到基石與空中樓閣的含義，如果沒(méi)有學(xué)好先行的基礎(chǔ)課，那么后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課也是無(wú)法學(xué)好的。

8 小結(jié)

本文是作者根據(jù)自己在多年的教學(xué)中對(duì)數(shù)字電路課程的地位、授課過(guò)程中所經(jīng)歷的課程內(nèi)、外的某些相關(guān)問(wèn)題而進(jìn)行的總結(jié)，以及一些較為成功的經(jīng)驗(yàn)，并提出了自己的一些獨(dú)特看法、觀點(diǎn)。同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)一些不同層次的學(xué)校作了調(diào)查、研究，借鑒了一些經(jīng)驗(yàn)，并指出了存在且有待克服的問(wèn)題，對(duì)于那些正在講授數(shù)字電路課程的青年教師或即將講授本課程的教師是值得一讀的。作者自認(rèn)為是從事計(jì)算機(jī)教育教學(xué)實(shí)踐中取得的一個(gè)小小成果，且具有普遍意義。

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