以能力培養為導向的數字邏輯課程教學改革探討

曹錦綱 程曉榮 鄭顧平

摘要：數字邏輯課程是計算機專業學生一門專業基礎課，也是計算機專業其他硬件課程的先導課程。為了使學生在數字邏輯課程中學有所獲，本文引入了以能力培養為導向的思想，從教學方式、教學內容、實驗內容和考核方法等方面進行了教學改革探討，以使學生在掌握課程知識的同時，培養和提高學生的分析問題和解決問題能力以及創新能力。

關鍵詞：能力培養；數字邏輯；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）04-0122-02

數字邏輯課程是計算機專業本科生的一門專業基礎課，是計算機組成與結構、接口與通信技術、嵌入式系統等課程的先導課程。數字邏輯課在整個計算機硬件方面的學習具有非常重要的地位，肩負著引導學生從了解計算機硬件組成，掌握其工作原理，一直到分析與設計數字硬件電路的重要使命[1]。當前科技發展日新月異，以科技創新和技術升級為核心的國際競爭更趨激烈，提高自主創新能力已成為我國國家發展戰略的核心。數字邏輯是一門理論性和實踐性都非常強的專業基礎課程，既要加強理論知識的學習，讓學生具有扎實的理論基礎，又要提高實踐動手能力和創新能力，注重學生能力的培養。目前本校的數字邏輯教還需要進行一些針對性的改革，以培養和提高學生的各項能力，以更好地適應社會要求。

一、數字邏輯課程教學現狀

結合本校的實際，分析數字邏輯課程教學過程中存在的一些問題。

1.教學方式較為單一。數字邏輯課程理論性和抽象性較強，課程知識量較大，知識點較多，有許多公理、定理、規則需要記憶，課程基本采用了全程板書的授課形式，缺乏生動和活潑，學生在學習過程中容易感到枯燥，喪失興趣。

2.課程內容較為陳舊。數字邏輯課程的教學內容仍是基于小規模集成電路的經典數字邏輯分析和設計方法，即用真值表、卡諾圖、狀態轉換圖、狀態轉換表、狀態方程、時序圖、邏輯圖和邏輯函數表達式等方法來分析和設計數字邏輯系統。缺少現代數字邏輯方法的介紹，難以適應現代社會發展的需要，該方法對于大規模和超大規模集成電路的數字邏輯電路分析和設計無能為力。

3.實驗內容中綜合性和設計性實驗有待加強。實驗內容中驗證性的比重較大，綜合性、設計性的內容較少，使學生認為做實驗就是連導線、搭電路、記數據和寫報告[2]，導致學習興趣不高，不利于學生能力的培養和提高。

4.學生學習動力不足。隨著互聯網和手機的普及，一些學生上課也離不開手機，新聞、游戲和小說等無所不看，給教師的教學工作帶來了很大的困難。同時，學生在心態上較為浮躁，想要好成績又不肯下功夫，期待老師最后畫重點，勾習題，突擊過關。

二、教學改革研究

為適應社會發展需要，培養和提高學生能力，數字邏輯課程教學改革從以下幾方面進行。

1.革新教學方式。在數字邏輯的課堂教學過程中，采取板書與多媒體課件相結合的授課形式。對于經典電路的分析和設計，重要的習題、例題的解答推導采用板書形式，突出重點、難點，給學生思考的時間，讓課堂教學張弛有度、層次分明，并以文字、動畫、圖形等多種形式展示教學內容，以提高學生的學習興趣。注重教學過程中的提問、互動式教學方法的研究與實踐，通過與學生在各個環節中的互動，引導學生思考問題，充分調動學生的主觀能動性，實現互動教學，培養學生獨立解決問題的能力[3]。

2.調整教學內容。數字邏輯課程學時有限，在短時間內完成這門課的全部教學非常困難。教師在教學過程中應去粗取精，如對于集成門電路可以少講或不講。考慮到與后續的“計算機組成與結構”、“嵌入式系統”等課程銜接，一些常用的邏輯電路如加法器、譯碼器、觸發器、寄存器等的原理及應用要作為教學重點。同時，為了讓學生了解數字邏輯發展情況，將現代數字邏輯的分析和設計方法引入，如引入EDA技術到“數字邏輯”的課程教學中，充分利用計算機仿真這一現代化的技術手段，以及其使用不受教學場地限制的優點，引導學生結合理論知識，通過查閱相關資料，自主擬定設計方案并完成設計仿真，激發學生的學習興趣，同時培養學生的實踐能力和創新意識[4]。

3.優化實驗內容。為突出課程的實踐性，提高學生的實踐和創新能力，將實驗內容分為三部分：基礎設計、綜合設計和提高設計。其中，基礎設計是利用數字邏輯課程基本原理來實現的基礎性實驗，目的是讓學生掌握課程的基礎理論和方法；綜合設計是綜合利用數字邏輯課程所學知識來解決實際問題的綜合性和設計性實驗；提高設計是針對學有余力的同學的自主實驗內容。綜合設計和提高設計著重對學生能力的培養。通過將實驗內容分成三部分，既能滿足一般學生學習的需要，也能滿足成績優秀學生更高層次能力的培養。同時，數字邏輯實驗內容的設計不僅要以數字邏輯理論教學內容為基礎，更應該充分考慮與計算機硬件結構的銜接口[5]。

4.重視實驗過程。實驗的目的是為了讓學生更好地掌握課程所學知識，做到學以致用。因此，讓學生能夠真正參與到實驗中尤為重要。為了保證實驗的效果，在數字邏輯課程實驗中，將每個實驗分成了三個步驟，稱為“實驗三部曲”——預習、操作和總結。預習的目的是讓學生熟悉實驗的基本原理和方法，設計出實驗的邏輯電路，確保實驗的質量，預習需要交預習報告；操作既是學生對基本原理和方法的再認識，也是對自己設計的邏輯電路進行驗證的過程，通過實際操作，加深對所學知識的理解，實驗完成需要指導教師驗收；總結即通過撰寫實驗報告，回顧實驗過程，總結實驗現象，發現實驗中的問題，深化對知識點的理解。

5.改革考核方法。考核方法的改革不僅是要改變傳統的考核內容和形式，還要改變傳統的成績評定構成。在數字邏輯課程中改變以往期末考試“一考定終身”的形式，降低期末考試成績在總成績中的比例，增加平時成績和實驗成績，即總成績=期末成績（50%）+平時成績（30%）+實驗成績（20%）。平時成績應反映學生在課程學習過程的情況，這里，將平時成績分成出勤情況（10%）、過程考核情況（10%）、作業和課堂表現（10%）三部分，實驗成績包括預習報告（5%）、實踐操作（10%）和實驗報告（5%）三部分。這樣總成績能夠比較全面地反映學生在數字邏輯課程學習過程中的情況。學生要想取得優秀的成績，必須在課程學習的各方面均表現優秀才行，從而提高學生學習的動力。

三、結束語

本文將以能力培養為導向的思想引入到數字邏輯課程中，對教學方式、教學內容、實驗內容和考核方法等進行了相應的改革，從而使學生通過數字邏輯課程的學習和實踐，可掌握數字邏輯電路分析和設計方法，為后續課程準備必要的數字電路知識，并能夠培養學生分析問題和解決問題的能力，培養和提高學生的創新意識和創新能力。

參考文獻：

[1]唐明.認識簡單與統一之美——數字邏輯課程教改談[J].計算機教育，2013，（2）：24-26.

[2]肖娟，王嵩.《數字邏輯》課程教學方法改革研究與實踐[J].腦知識與技術，2015，11（19）：125-126.

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

[4]雷宇凌.軟件工程專業“數字邏輯”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.面向數字邏輯與計算機組成原理銜接的實踐環節[J].計算機教育，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