應用型本科數字邏輯實驗教學改革研究

劉華艷

（湘南學院軟件與通信工程學院，郴州 423000）

應用型本科數字邏輯實驗教學改革研究

劉華艷

（湘南學院軟件與通信工程學院，郴州 423000）

應用型本科院校以培養適應經濟社會發展需求的應用技術型人才為目標，實驗教學在其人才培養過程中起著關鍵作用。“轉型”后，數字邏輯實驗課程的教學，在實驗教學內容安排上，應減少驗證性實驗，對接職業標準增加設計性、綜合性實驗；在教學手段上，要利用現代教育技術突破實驗的時空限制；在教學方式上，要“以學生為中心，發揮學生的主體作用；在課程考核上，要采用學習成果導向的形成性考核方式。通過改革，激發學生的學習興趣和創新精神，提高學生的工程實踐能力，取得良好的教學效果。

應用型本科；人才培養；數字邏輯；實驗教學改革

0 引言

2014年李克強總理在國務院常務會議中提出“引導一批普通本科高校向應用技術型轉型”。教發【2015】7號文件《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》中指出“推動轉型發展高校把辦學思路真正轉到服務地方經濟社會發展上來，轉到產教融合校企合作上來，轉到培養應用型技術技能型人才上來，轉到增強學生就業創業能力上來，全面提高學校服務區域經濟社會發展和創新驅動發展的能力。[1]”由此可見，在高校轉型發展過程中，人才培養模式的轉變是一個關鍵。

應用技術型本科院校以培養適應經濟社會發展需求的應用技術型人才為目標，在人才培養上側重于培養學生利用所學專業知識分析問題、解決問題的能力，要能夠將專業知識和研究成果應用到社會生產實踐中[2]。因此在培養應用技術型人才的過程中，實驗教學起到了不可或缺的關鍵作用。

《數字邏輯》課程是一門工程性、實踐性很強的課程，數字邏輯實驗教學是數字邏輯課程教學中不可缺少的重要環節，是對該門課程理論教學的一個延續和補充，更是培養學生工程實踐能力的關鍵。通過實驗可以培養學生動手能力和創新思維，為學生將來走向工作崗位打下堅實的基礎。因此，在應用技術型高校的數字邏輯課程教學改革中，數字邏輯實驗課程的改革必須放在首位。

1 數字邏輯實驗教學現狀及問題

目前，大多數地方本科院校在數字邏輯實驗教學上仍然采用傳統的教學模式，即讓學生利用傳統的實驗箱來完成實驗。這種模式下，數字邏輯實驗教學的現狀及存在的主要問題如下：

（1）教學內容過于陳舊

隨著大規模、超大規模集成電路的出現和應用，目前數字系統和計算機系統設計已經逐步轉化為“硬件設計軟件化”了。在實際的生產生活中，FPGA可編程芯片和VHDL語言編程被廣泛使用。

而在實際教學中，大多數高校對數字邏輯課程的課時安排為64學時，其中理論48學時，實驗16學時。由于課時較少，理論教學仍然以傳統的組合邏輯電路分析和設計、時序邏輯電路分析和設計為重點，在電路設計時通常采用小規模門電路或MSI中規模集成電路來實現。實驗課是對理論知識的一個鞏固和應用，受理論教學和實驗課時的限制，實驗內容常以簡單的驗證性實驗為主，少量的設計性實驗也是以門電路或MSI芯片來完成的，與實際生產生活嚴重脫節。

（2）教學手段過于落后

目前，大多數高校仍然是以實驗箱和邏輯門來完成數字邏輯實驗教學。由于實驗箱在多年的頻繁使用中，可能存在部分損壞，而芯片這類耗材更是存在大量的損壞，當學生使用了損壞的元器件進行實驗時，在花費了大量時間連線后，仍然得不到正確結果，需要花費大量的時間來排除故障。這樣一來，就大大降低了學生的學習興趣。且在該模式下，學生主要扮演接線員的角色，缺乏對問題的思考和探索。

（3）教學方式過于保守

由于實驗箱是不能外借的，為了保證大多數學生能夠在實驗課內完成實驗項目，大多數高校在實驗教學方式上仍然是以教師為中心。即在實驗課開始的前15-20分鐘，由教師將實驗內容、要求、步驟等事先傳授給學生。這種“授之以魚”的教學方式，雖然可以提高學生的實驗效率，但是也讓學生失去了獨立思考的過程，久而久之，學生就產生了惰性，沒有了探索精神和創新精神，從而也就失去了實驗課的精髓。

（4）課程考核方式過于簡單

目前，大多數高校對數字邏輯課程的考核要么仍用“一卷定終身”的方式，要么以“期末考核+平時成績”的方式。這種簡單的課程考核方式沒將實驗與課程考核掛鉤。實驗不影響到課程考核成績，學生就不重視，認為只要期末考試及格了，實驗做不做都無所謂，在實驗課上不愿意動手動腦。

2 數字邏輯實驗教學的改革措施

教發【2015】7號文件明確指出“建立以提高實踐能力為引領的人才培養流程，率先應用“卓越計劃”的改革成果，建立產教融合、協同育人的人才培養模式，實現專業鏈與產業鏈、課程內容與職業標準、教學過程與生產過程對接。加強實驗、實訓、實習環節，實訓實習的課時占專業教學總課時的比例達到30%以上，建立實訓實習質量保障機制。擴大學生的學習自主權，實施以學生為中心的啟發式、合作式、參與式教學，逐步擴大學生自主選擇專業和課程的權利。[1]”

因此，高校數字邏輯實驗課程的教學可從以下幾個方面進行改革：

（1）更新教學內容，與時代接軌

根據文件精神，高校要“實現專業鏈與產業鏈、課程內容與職業標準、教學過程與生產過程對接”，這就需要更新教學內容，將生產中實際使用的一些新知識、新技術引入課堂。

適當增加數字邏輯課程的課時，適當提高實驗課程的比例。在實驗教學內容安排上，應減少驗證性實驗，對接職業標準增加設計性、綜合性實驗。將生活中常用的一些電路如搶答器、交通信號燈等引入實驗課，讓學生感到這門課程是有用的，是與生活息息相關的，從而激發學生的學習興趣，點燃學生的學習熱情，化被動為主動，達到更好的教學效果。

此外，在學生掌握傳統的電路分析和電路設計之后，教師應將FPGA可編程芯片和VHDL語言引入課堂，讓學生了解數字系統的發展方向，接觸到該行業的前沿知識，真正實現產教融合，讓學生一出校門就可投入生產活動，服務地方經濟。

（2）采用先進教學手段，突破實驗的時空限制

將虛擬軟件引入數字邏輯實驗課堂，與傳統實驗箱相結合，讓實驗不再受時間和空間限制。

眾所周知“授之以魚，不如授之以漁”，想要真正做到“授之以漁”，就要給學生充分的思考時間，要將實驗課堂的90分鐘延伸到課外去。采用軟硬結合的教學手段后，教師可提前布置任務，讓學生在課后進行預習，引導學生學會根據任務，充分利用課本以及計算機網絡資源、學校圖書館電子資源等現代化技術來查閱相關資料，積極開動腦筋設計電路，并用虛擬軟件來實現。教師呢，只需要在學生設計過程中遇到困難時，對學生的疑問及時給予解答和引導即可。

只有給了學生充分的思考時間和交流時間，才能真正地發揮學生的主觀能動性、創造性和團隊合作性。這樣的實驗才能培養出會思考、愛探索、有創新、有團隊意識的學生。

（3）改革實驗課堂教學方式，實現以學生為中心的參與式教學

要將“以教師為中心”轉變到“以學生為中心”的教學上，是件說起來容易做起來難的教學改革。相比理論課堂教學而言，實驗課堂更容易實現該轉變。

采用軟硬結合的先進教學手段后，學生在課前可以有充分的預習時間，在實驗課堂上的工作任務就大大減少了，這時可以鼓勵學生走上講臺，參與實驗分析和總結。鼓勵學生在講臺上介紹自己設計電路的特點和亮點，分享自己設計過程的心得體會，讓學生學會總結思考，同時學生也能從他人的設計中得到啟發，學會舉一反三，取長補短。這種以學生為中心的參與式實驗課堂教學，既有利于教師及時了解學生的學習情況，也能充分調動學生的學習積極性，讓學生真正地做到學有所思，學有所獲。

（4）改革課程考核方式，引起學生對實驗的重視。

對于數字邏輯這種工程實踐性很強的課程而言，單用一張期末考試試卷根本無法說明學生的動手能力和工程實踐能力，因此將實驗情況納入到課程考核中是非常必要的。

在第一次課上，教師就應告訴學生，本課程采用形成性考核方案，終結性考核（期末考試）只占本課程的50%，過程性考核占50%，這樣就能立刻引起學生對實驗課的重視。過程性考核包括平時成績和階段性學習成果兩部分。平時成績應以學生的實驗預習、實驗操作、實驗報告、上臺總結等課堂表現的情況等為依據來評定，教師應在每次實驗課結束時給出當次實驗的平時成績，對學生予以及時的激勵。根據實驗項目確定若干個實驗作品為考核對象，評價學生的階段性學習情況，加強學生動手能力的培養。

（5）根據實際情況，進行實驗分級，實現因材施教

由于地方型本科院校的學生存在較嚴重的兩級分化，學生良莠不齊，對于設計性、綜合性這類較為復雜的實驗而言，除了要給予學生充分的思考時間，還要考慮到學生的實際能力問題。如果用同一標準去要求學生，要么會出現大量抄襲情況，要么會嚴重制約優秀學生的發展。因此，教師可對該類實驗進行分級，將實驗內容分為“必做”和“選做”兩個級別[3]。必做部分是全體學生都應完成的部分，實驗內容主要體現了對基礎知識的鞏固；選做部分是學生可根據自身能力進行選擇完成的部分，是對基礎知識的延伸拓展以及綜合應用。以帶顯示的數字搶答器為例，必做部分可要求學生完成基本的搶答器功能，即及時辨認出第一時間按下搶答按鈕的選手并顯示；而選做部分可讓學生增加犯規顯示、開關防抖、答題加減分等功能。

這種對實驗內容進行分級，因材施教的方式，不僅能讓全體學生完成基本的教學任務，達到基本的教學目標，還能讓部分優秀的學生進一步提高自身能力，為日后參加電子設計大賽打下堅實基礎。

3 結語

應用型本科院校是以培養適應社會需求的應用技術人才為目標的，而應用技術人才培養的關鍵就在于培養學生的動手能力、創新能力和工程實踐能力。因此在地方本科院校向應用型本科院校轉型發展過程中，實驗課程的改革是一個重要環節。

在數字邏輯實驗教學改革中，我們通過采取上述措施，已取得了一定的效果。學生普遍反映對本課程產生了一定的學習興趣，也有所收獲，學生的學習成績也有所提高，圖1為改革前2013級某班學生的數字邏輯課程考核成績分析圖，圖2為改革后2015級某班學生的數字邏輯課程考核成績分析圖，由圖可知，改革后學生的平均成績有了大幅度提高，優秀率和良好率比改革前也有顯著提高。此外，越來越多的優秀學生表示愿意在課程結束后，進一步自學，期待有機會參加各項電子設計大賽。

圖1 改革前數字邏輯課程考核成績分析

圖2 改革后數字邏輯課程考核成績分析

在今后的數字邏輯教學中，應以教發【2015】7號文件精神為指導，繼續深化教學改革，不斷探索新的教學方法和教學模式，尤其要在打造校企協同育人平臺方面下功夫，真正實現產教融合，培養出真正能適應社會需求的、具有創新精神的應用技術型人才。

[1]教育部，國家發改委，財政部.關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見[Z]，2015.11.

[2]溫衛敏，王友社，姚光順.應用型本科高校計算機專業實驗教學改革探討[J].計算機教育，2012，3（6）：107-110.

[3]宋明秋.數字電路實驗教學改革的設想[J].長春理工大學學報（高教版），2010，5（2）：150-151.

Reform of Experimental Teaching of Digital Logic in Application-Oriented Universities

LIU Hua-yan
（College of Software and Communication Engineering，Xiangnan University,Chenzhou 423000）

Application-oriented universities aim at training applied and skilled talents to meet the needs of economic and social development,experimental teaching plays a key role in the process of personnel training.After the transformation,the teaching of digital logic experiment course should reduce the verification experiment,meet the professional standards,and increase the design and comprehensive experiment in the arrangement of experimental teaching content;in the teaching method,we should make use of modern educational technology to break through the limitation of time and space;in the way of teaching,we should take the students as the center and play the main role of students;in the course assessment,we should adopt the formative assessment method with learning achievement oriented.Through reform,the students'interest in learning and the spirit of innovation are stimulated,and students'engineering practice ability is improved,and good teaching effects are achieved

Application-Oriented;Personnel Training;Digital Logical;Reform of Experimental Teaching

2016年湘南學院校級教學改革研究項目（No.33）

1007-1423（2017）31-0040-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.31.010

劉華艷（1983-），女，湖南臨武人，講師，碩士，研究方向為電路與電子技術、計算機應用等

2017-09-20

2017-11-01