基于自主学习的项目驱动法在数字逻辑实验教学中的应用

方恺晴 钱彭飞 刘峰 徐成 张洪杰

摘要：以数字逻辑实验课为例，探讨一种基于自主学习、自主实验的项目驱动法，介绍其理念、自制实验设备、实验组织及指导方法、实验教材及实验内容（含详细的实验指导运行图）、综合实验项目驱动管理方法、考核评价体系、，

关键词：数字逻辑实验；自主学习教学模式；项目驱动法；便携式实验设备；考核评价体系

引 言

数字逻辑实验是为数字电路与逻辑设计独立开设的实践课，它的教学直接关系到学生对其理论课知识的掌握，关联到后续重要专业课程计算机组成原理、ASIC电路设计、微计算机系统等的学习，因此数字逻辑实验课的重要性不容置疑。

1 基于自主学习的项目驱动法理念

自主学习模式坚持的理念是以学生做为主，教师干预为少，以应用为本，让学生寓学于做。该模式依托自制便携式教学实验板，以项目为驱动，精编涵盖认知型、设计型和综合型实验的指导教材，以学生为主体，鼓励学生在实验内容上进行自主创新而不局限于实验教材。让不同层次的学生不受时间、地点、设备的限制，将传统硬件实验环节延伸到实验室之外的普通场所，让学生实验在内容、时间、空间上可自主进行，教师集中管理、答疑，建立合理的考核与评价体系，考核注重的是实验过程中学生自主性、知识运用能力与探索思考能力，并从知识、能力和态度3方面对学生进行全面考核评价。

2 基于自主学习的项日驱动法的教学研究

2.1 自制便携式实验板

利用信息学科的特点，我们针对教学内容，为学生设计了低成本、携带方便、具备完成实验或创新设计内容要求的教学实验板。该实验板下载、通信与供电仅需一条UBS线，方便用户随时随地与笔记本相连使用；平台小巧轻便，面积比2张银行卡还要小（约为12×8CIT12），操作简单、实用，成本低，可满足学生人手一台的需求，打破了传统EDA实验箱体积大、成本高、尤法人手一台的格局，为学生自主实验并学习数字逻辑等硬件类课程提供了充分的实验条件。

2.2 实验组织及指导方法

依自主学习教学理念，强调学生自主学习并掌握基本知识的同时挖掘其研究与创新潜力，在教学实施过程中以少讲多做为原则，鼓励学生以强带弱，互帮互助，每班按强弱搭配原则分为6～7个大组，每个大组推选一名能力较强且负责的同学为组长，周末任课教师抽时间集巾辅导各组组长，组长负责协助教师指导并督促组员按时按质按量完成实验任务。课堂上教师只是针对性、启发性地讲解部分内容，学生按照给定的要求完成实验，教师配合测试严格验收。实验过程以综合实验项目贯穿整个学期，提前安排学生查阅资料并以小组形式确定项目（综合实验任务）一绘图描述项目要点一讨论分析并完善一制定工页目计划（相互讨论）并开题汇报一实施一中期检查（互评）一实施一最后验收、展示、答辩、互评。

整学期实验坚持以教师为主导，学生为主体的原则，摆脱学生依赖老师的惯性。为他们提供宽松的实验条件，让学生有充分自主权，启发他们主动去发现问题、解决问题，分析实验中出现的各种现象，评价实验结果的可靠性。

2.3 实验教材与实验内容制定

实验教材是依据10多年的实践教学研究总结归纳并重新整合编写而成的。遵循项目驱动的自主学习教学理念，实验项目依据课程理论知识与最新应用技术而设计，并将学生应掌握的知识点与最新技术、实验方法糅合到各个实验中。针对不同生源的预期效果，灵活搭配，制定服务于不同层次学生的实践教学计划。项目之间因相互衔接，知识点可多次嵌套运用。这样学生依次完成实验，将听读学到的知识运用到实践中从而达到寓学于做的做中学效果。教材《计算机硬件技术基础实验教程》于2012年3月由清华大学出版社出版发行。

详细的实验指导见表1，学生依据运行表按要求完成任务。

2.4 综合实验项目驱动管理方法

本期实验是以综合实验项目驱动贯穿整个学期。首先，开课第一周教师花一次课的时间要学生以小组形式并结合他们各自经历参与讨论，给其讲述项目的本质与特征、项目为本的学习特点、项曰的计划与实施、学生做项目常见弊端、项曰完成过程中经历的几种处境、项目选题、设计项目活动与资源分配等问题。让学生对最后的综合实验项目从实验开始就关注、查资料、思考。其次，把做综合实验项目常需用到的特定模块以及用Quartusll软件进行设计的多种实验方法穿插于各个分实验，每次实验都以组长带动组员的形式完成，每周末集中各组组长辅导答疑，并提前验收组长的实验，以便下次课上组长能协助教师辅导组员掌握并尽快完成实验；答疑辅导阶段给予学生综合实验项目选题帮助并关注其进展，时时督促；实验中期抽时间让各组组长登台汇报各自的选题情况，指导各组组长有效地安排和管理各组成员的任务；后期则是各组组长有序组织组员按各自进度完成设计、调试并记录日志；最后一周安排各班各组答辩与验收。整个实验过程，我们是以自制便携式实验平台为依托，从第一周开始学生就可借用此便携板.方便学生在课堂以外使用与学习，从而激发学生的自主创新能力，以引导学生迅速入门并顺利开展实验教学活动。

2.5 基于自主学习的项目驱动法的考核评价体系

考核评价体系是自主实验教学的重要研究部分，前面做得再好，落实不到位，只能让少数学生受益而达不到预期效果。引导、鼓励能对想学的自觉学生发挥作用，但很多学生仍缺乏主动性，惰性思想较重，因此如何落实实验教学各环节、如何监督到位、检查到位是一个重点研究内容，工作开展如下。

（1）在自主实验教学模式下，对学生日常实验活动开展调查，分析在实验教学活动开展过程中，学生、教师所扮演的不同角色，组织教师和学生分别对实验教学各个环节进行讨论，参考计算机与电子类专业的实验教学大纲，探讨在学生自主实验、教师集中管理的新模式下如何制定实验考核评价方案。

（2）通过针对性较强的教学案例的引导和自主实验教学活动的开展，从实验开展、答疑及考核问答等各个实验环节对学生的自主性和将知识运用于实践的能力进行综合评价，避免了传统实验以实验报告和出勤为主的单一考核方式，有利于培养学生解决实际问题的能力。

（3）整个学期的实验过程中穿插2次测试，重点测试实验最重要的2个基本技能，FPGA设计的5个基本流程及仿真基本技能，确保每位同学都掌握。

本期实验考核具体内容如下：

（1）总成绩（100%）=平时成绩（40%）+综合实验（30%）+测试（30%）：

平时成绩：综合考核实验预习、实验操作、课堂表现、实验验收、文档报告的实验过程情况。

（2）综合实验考核流程及评分标准：

第一项：主持人宣布开始。

第二项：推选两位同学为唱票以及计票员。

第三项：分组报告，抽签决定汇报顺序。

各小组投影选题报告，每位成员均须汇报个人工作（举例说明：什么情况下，什么任务，解决方法成效），不汇报者作自动弃权处理。

作品演示（视频）。

第四项：投票互评。

投票环节：每个小组总共可以对表现最好的3个组投票，投票目标不能重复，不能多投不能少投，否则投票作废。老师两票，进行不记名投票。

互评环节：全班每位同学对印象最深的一组或题目写其可借鉴之处和课程意见。

第五项：唱票计票，公布“小组票数汇总表”，上交“互评表”。 收集小组资料（汇报PPT、作品演示视频、工程文件），由班长或学习委员收齐之后上交。

最后评分以得票情况为标准，参考如下：

得票数由高到低排序，票数最高者五票及以上得分为30，4票得分为25，3票得分为21，2票得分为18，1票及以下得分为12。

针对自主实验教学模式建立合理的评价体系，注重实验过程中学生是否正确运用基础知识及学生的探索思考能力，从知识、能力和素质3个方面对学生的自主实验进行全面的考核评价，尽可能以科学合理考核评价体系对学生自主实验进行考核，从而最大化挖掘其潜能。

3 结语

本期实验教学圆满完成，很欣慰看到学生积极参与整个实验环节并在最后综合实验项目答辩中的精彩表现。课程结束后我们进行了问卷调查，学生普遍认为这门实验课把新技术以及各种实验方法糅合到各个小实验项目中，内容由浅人深，而以学生为主的寓学于做的自主学习法让学生真正在每次实验中掌握了新方法，每完成一次实验都非常有成就感，而项目驱动法的综合实验项目从头到尾的贯穿吸引着他们一步步深人直至最终圆满完成。当最后调试出各自的选题设计时，那种喜悦的心情无法用言语表达；学生反映这门实验课是他们投入最多，印象最深，学到的知识与实验方法最多、最牢的一门课。提高了他们对理论课的兴趣，加深了对理论的理解；同时也提高了分析问题，解决问题的能力。总之，学生感觉这门实验课收获很大，锻炼了他们的实践动手能力，培养了独立思考及相互协作的能力。正如大多数同学说的那样：“认真投入了这门实验课才体会到从实践中学知识的乐趣。”