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《黑龙江教育(高教研究与评估)》杂志

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数字逻辑电路教学改革的新探索
发布时间:2018-03-12        浏览次数:29        返回列表

朱慧博,史洪玮,秦玉龙

(宿迁学院,江苏 宿迁 223800)

摘 要: 文章从“数字逻辑电路”课程教学现状出发,从加强理论教学改革、强化实践教学、发挥现代教育技术优势等方面,阐述了“数字逻辑电路”教学改革的新探索。

关键词:计算机类;数字逻辑电路;教学改革

中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2016)11-0073-02

当前,国家建设和区域社会发展需要高校培养大批不同类型、不同层次和不同规格的高素质应用型人才[1],这就要求多数地方本科高校必须从学术型或理论型向应用型人才培养转变。这是教育在经济社会发展中转方式、调结构的必然选择[2],也对高校教学方式的变革提出了新的要求与挑战。大批以培养应用型人才为目标的本科高校如何转变教育理念,探索新的教育模式成为当前不少专业各类课程改革的目标和导向。

“数字逻辑电路”是计算机类专业的一门专业基础课,课程理论与实践结合紧密,在传统教学模式中,由于受各种因素制约,显现出了较多问题,通过对这些问题的梳理和分析,笔者尝试从理论教学和实践教学两方面入手,对教学内容和方法进行改革与探索,以期更好地配合与促进计算机类专业应用型人才的培养。

一、“数字逻辑电路”教学现状

(一)内容冗余陈旧,教学方法单一

目前在不少以培养应用型人才为目标的高校中,计算机类专业“数字逻辑电路”课程的教学内容依然与重点本科高校相同,内容多,时代感不强,与当下电子技术的发展现状及应用有一定的差距,更与计算机类专业的专业主干课程严重脱节。在实际教学过程中,这些问题使具备了一定的编程思想,思维比较活跃的计算机类专业学生产生了强烈的距离感,感觉课程内容不实用,也认识不到课程的重要性,学习兴趣和积极性不高。

在教学方法上,目前绝大部分任课教师仍然以“灌输式”为主,尽管引入了多媒体进行辅助教学,但实际上即便课件做得再精美,学生仍觉得内容抽象、枯燥乏味[3],课堂教学效果自然大打折扣。

(二)实践内容不丰富,考核机制不合理

目前的课内实验,项目多为原理性或验证性,缺乏对学生实践应用和创新能力的培养。在具体实施过程中,由于实验题目少,重复率高,学生相互依[本文来自于wWw.EkXx.Com]赖性较强,实验结果雷同甚至互相抄袭现象较严重,无法调动学生的学习积极性;教师在实验成绩记载和考核方面主要依靠学生的实验报告,很难做到真正的公平公正。

课程设计环节目前主要采用两种方式:一是在实验箱上用中小规模芯片搭建具有特定功能的电路;二是组装焊接主要应用中小规模芯片的产品。虽然它们可以加深学生对中小规模芯片应用的理解,一定程度上也锻炼了学生的电路纠错能力,但面对日新月异的电子信息技术,如现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD等的日趋成熟和广泛应用,原有设计方式与实际工程应用脱节较为严重的缺点显现无疑,其制约了思维相对活跃的计算机类专业学生的个性发展,不利于调动他们对新技术探索的积极性。

二、“数字逻辑电路”教学改革的新探索

(一)加强理论教学改革

1.加深课程认知。相比其他专业课程,计算机类专业学生普遍认为“数字逻辑电路”与自己的专业相距甚远,重视度不够。因此加深学生对课程的认知,是调动其学习积极性的一个重要因素。从第一节理论课就指出该课程是学习“计算机组成原理”、“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统”等后续相关专业课程的基础,使学生认识到课程的重要性。课堂中通过一些生动现实的例子,譬如简单解释公交车IC卡、各种电器中的计时、定时系统等的电路原理激发学生的学习兴趣,调动学习的积极性,使学生了解到电子电路的相关技术已经影响人们生产、生活的方方面面,并且发挥着越来越重要的作用,因此学习相关理论和知识是十分必要的。

2.优化教学内容。针对计算机类专业的特点而言,教学重点应放在应用器件与设计系统方面,因此在保证课程理论体系完整和内容连贯的前提下,对理论部分进行合理取舍,强调基本器件的工作原理,重点讲解器件的实际应用。在具体教学过程中,首先根据计算机类专业学生后续课程中数模互换应用较多的实际情况,将数模互换章节作为重点内容展开讲解;其次配合电子技术的迅速发展,数字逻辑器件出现可编程、高密度、高速度等特点,增添介绍目前流行的CPLD、FPGA等内容,并适当介绍硬件描述语言基础;最后对因前导课程缺乏而导致学生晦涩难懂的“门电路”部分,可以将其放到课程最后进行简单介绍,让学生了解即可。

(二)强化实践教学

1.重构实验教学环节,创新考核机制。将实验项目分为基础验证性和综合设计性两类。基础验证性实验的主要目的是让学生掌握芯片的基本功能及应用,主要采用相对“封闭式”的教学方式,即在规定时间内、规定实验环境中完成。实验项目一般是将实际芯片单片或者几个集成芯片进行简单连线即可得到实验结果,对学生应用创新能力的要求较低。而对于综合设计性实验,教师则设计较多的题目,如:交通灯控制电路设计、广告流水灯设计、八路锁存抢答器设计等。实验中将学生2—3人分为一组,采用一组一题的方法。此类实验主要采用“开放式”教学方式[4],不限定学生采用何种方法和芯片,只要学生在教师要求的截止时间前完成并通过考核即可。

“数字逻辑电路”实验成绩原本仅占课程总成绩的20%,为增加学生重视程度,现改为一门独立考核的考查课程。该考查课程成绩由三部分构成:平时实验成绩、基础验证性实验成绩和综合设计性实验成绩。其中平时成绩占总成绩的30%,以实验报告、出勤和平时实验检查情况为评分依据;基础验证性实验成绩占总成绩的50%,考核方式为期末统一考核,每人一组,实验项目随机抽取;综合设计性实验成绩占总成绩的20%,以实验结果展示和回答教师提问等为评分依据。表1给出了基础验证性实验考核的评分标准。

2.以学生为主体课程设计。在课程设计环节,以学生为本,充分发挥学生的主体作用,教师只在关键节点介入发挥指导作用,使学生在巩固基础知识的同时拓展知识结构。课程设计的选题由学生查找资料并与教师进行充分讨论后确定,选题以单元电路的应用为铺垫,强调电子系统的设计思路,并要求运用硬件描述语言设计系统。目前我们主要采用了Quartus仿真软件,以及VHDL硬件描述语言设计并进行仿真编译及调试,最后下载到FPGA或CPLD芯片中,用实验箱展示硬件实现效果。由于计算机类专业的学生已经对编程语言有了较深入的了解,并具备了一定的编程思想,因此他们对于硬件描述语言的自学能力较强,接受也较快。在实际教学过程中,学生比较积极、主动,课程设计结束时,多数学生认为“数字逻辑电路”是门很实用的课程,收获颇丰。

(三)发挥现代教育技术优势,丰富教学手段

1.充分利用网络课程资源。利用各类教学平台,建设网络课程,充分发挥和利用互联网特性及网络资源,展现现代教育技术的优势。网站为学生的课前预习、课堂实验、课后总结和课外拓展创造条件。它主要由教学信息、公共资源、练习测试、互动交流、第二课堂以及考核评价等六个模块组成。前三个模块主要放置任课教师简介、教学大纲、教学课件、教学视频、其他高校微课、MOOC的链接以及任务点练习等内容;互动交流模块支持师生以及生生之间的实时、非实时交流,以拓展课程教学的时间和空间;第二课堂模块存放以提升兴趣和能力为目的的综合实践实训课题,包括课题题目、相关资源推荐、课题攻关小组信息及小组成果展示等内容,模块突破了传统课程知识和思维的封闭性,增强了学生的学习兴趣;考核评价模块主要建立学生学习效果的评价体系,如通过统计学生完成学习任务点的情况、网络测验成绩、解决问题的次数等综合评价学生的学习态度和效果。

2.运用计算机辅助教学。在理论教学和实验课预习环节中均采用EDA仿真技术,通过实例仿真的直观演示,使学生对器件的原理和应用一目了然、印象深刻,更加有效地理解和掌握知识点,大大调动学生应用芯片的兴趣和动手操作的欲望。

对于大量即将转型为培养应用型本科人才的高等学校来说,如何构建配套的教育教学体系是一个系统工程。针对这类高校计算机类专业应用型人才的培养,本文分析了“数字逻辑电路”课程在教学过程中的一些问题,并在理论教学、实践教学以及新的教学手段和模式上进行了一些新的尝试和探索。从目前实际教学情况来看,改革后,学生的学习兴趣和积极性得到了提高,动手和编程能力也得到了加强,在计算机类专业应用型人才方面进行了有益的尝试。