应用型人才培养目标下的数字逻辑实验教学探索

陈　勇

(常熟理工学院　电气与自动化工程学院，江苏 常熟　215500)



应用型人才培养目标下的数字逻辑实验教学探索

陈勇

(常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏 常熟215500)

摘要开展研究性教学是新建地方本科院校培养具有创新意识和创新能力的应用型人才的重要举措。针对目前数字逻辑实验课程教学中存在的问题，该文提出将研究性教学方法应用于数字逻辑实验教学过程中的观点。教学实践表明，研究性教学方法提高了学生学习的积极性和主动性，培养了学生的思维能力和创新能力，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。

关键词应用型人才；研究性教学；数字逻辑实验

“研究性教学”是指教师针对某一项教学内容事先做好精心地教学设计，教学过程以关键知识点为节点依次连接，通过启发学生探讨和研究相关问题，使其在学习过程中逐个了解和掌握这些关键知识点，提高其探究和解决问题的能力，从而实现教学目标。这种教学方法的特点是：在整个教学过程中教师起引导、指导、维护教学活动的作用，学生起主导、主动、主体参与学习的作用。因此，“研究性教学”更注重学生自主地开动思维、搜集信息、探索途径、设计方案和解决问题，整个教学活动学生都应该全神贯注地汲取知识和锻炼能力，而不再是“填鸭”式被动地接受知识。研究性教学已经成为当前国际教育改革的趋势[2]，然而，在我国新形势下如何结合应用型人才培养目标的内在驱动将研究性教学方法的内涵进一步深化，切实有效地将其应用于“数字逻辑实验”的教学活动中，是一个具有较高价值的研究课题。

1数字逻辑实验教学的现状

数字逻辑实验课程是对数字逻辑课程理论知识加深理解、联系实际、工程创新的重要实践环节，也是后续课程学习和实践的基础[3]。特别是我校自动化专业在新建地方本科院校中成为首个卓越工程师培养试点专业，数字逻辑等实验课程对学生动手能力与工程意识的培养就更为重要。然而，以往数字逻辑实验课程的内容和教学都是针对普通本科学生而设定的，无法实现应用型人才培养的目标。

目前，数字逻辑实验课程教学中主要存在以下4个方面问题。

2)在教学内容上，实验大纲所设定的实验项目中验证性的项目比重很大，综合设计性的项目较少或者几乎没有，这使得学生不能主动地去思考和探索，认为做实验就是连导线、搭电路、记数据和写报告，进而失去学习兴趣。

3)在教学方式上，很多教师整堂实验课都扮演着主导者的角色，生怕学生不会做实验或者做不好实验，课前将实验的基本原理、内容要点、操作步骤、解决方法等给学生详细地讲解，面面俱到，这使得学生不需要理解和思考，只需要勉强记住要点，“依葫芦画瓢”式完成实验内容即可。同时，在学生实际操作过程中一旦出现问题，老师都是手把手地帮学生排除故障、解决问题。这样的教学方式不仅使老师上课觉得很累，而且使学生分析问题、解决问题的能力无法得以提高，在应用型人才培养目标的道路上越走越远。

4)在教学设备上，大多数高校的数字逻辑实验教学使用综合实验箱，装有不同功能模块，每个功能模块对应相关实验项目。每次实验，教师选定所需芯片置于插座上，学生按照实验要求将给定芯片和相关元器件(指示灯、拨码开关、数码管等)进行电路搭建，随后实验验证。一方面，这种方式使学生囿于实验本身而无法根据学生自身对实验项目的理解去研究所包含的知识点，学生的创新意识和能力得不到锻炼；另一方面，反复使用实验箱及其元器件，导线、插孔、插座、开关、指示灯、芯片都会出现老化、接触不良、损坏等客观因素而严重影响实验结果的验证[4-5]，久而久之，学生会有怨言，甚至把某些主观错误推卸于设备不良的客观原因上，学生动手实践的积极性受挫。

2数字逻辑实验研究性教学改革

结合应用型人才培养目标和数字逻辑实验教学现状，对实验课程进行研究性教学改革势在必行。近年来，我们在研究性课程中大胆进行研究性教学改革的探索，在数字逻辑实验课程教学过程的四个方面(教学目标、课程体系、教学方法和考核方式)进行了切实有效地改革。

2.1确立一个科学合理的教学目标

数字逻辑实验课程开展研究性教学的目标确定要考虑两个方面因素的影响[6-7]：1)学校的办学定位。我校的办学定位是培养应用型本科人才，即主要培养面向地方经济社会发展的应用型人才；2)专业人才培养目标。数字逻辑实验课程是一门重要的自动化类专业基础实验课程，担负着巩固和提升理论知识，培养学生对数字电路系统综合分析与合理设计能力、工程应用与实践能力的重任，为后续模电、信号系统等课程打下坚实的实践操作基础。特别是自动化专业作为国家卓越工程师培养专业和工程教育认证专业，实验实践环节的课程教学尤为重要，其更要服务于这一目标定位。

基于以上两方面考虑，我们把数字逻辑实验研究性教学改革的教学目标定为：通过实验教学，培养学生灵活运用知识的能力、自主学习的能力、合作学习的能力以及创新研究的能力。研究性教学体现在教学活动中，最突出的特点就是促使学生积极参与到学习中去，成为学习的主人，从而努力去学习新的知识和技能，并能逐渐把所学知识融会贯通，最终达到用知识来解决问题的目的。这一目标包含5个方面的内涵：1)锻炼学生熟练地使用自动化先进技术、现代仪器仪表和信息技术工具的能力；2)加强学生灵活运用所学数字逻辑理论知识对系统进行调试分析和优化设计的能力；3)提高学生掌握数字逻辑相关的文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的能力，并逐步提升为自主学习能力；4)培养学生团队协作能力，并逐步提升为合作学习能力；5)训练学生的思考问题和解决问题的能力，并逐步提升为创新研究能力。这5个方面的基本内容包涵于数字逻辑实验研究性课程的教学之中，也是数字逻辑研究性教学的出发点和立足点。

2.2设计一个适合研究性课程教学的知识体系

教材编纂是课程教学体系的重要组成部分，它体现了教学目标和人才培养的要求，并反映了教师的教学思路和知识架构。根据数字逻辑实验研究性课程的教学目标，重新编写数字逻辑实验教材。本课程采用模块化结构构建研究性课程内容体系，即将课程的主要理论知识点讲授和研究性教学环节分为5个模块。

1)基础性实验模块，根据数字逻辑理论课程设置常用仪器仪表的使用、常用电路元器件的测试、基本定理验证等实验内容。

2)提高性实验模块，实验内容较基础性实验有很大的提高，设置多种仪表综合使用的测试实验、多种元器件和复杂电路性能的测试实验、简单实际问题为背景的分析设计实验等。

3)虚拟实验模块，运用Multisim、Proteus等电子电路仿真软件进行各类仿真实验。

4)思考练习模块，是对相应的实验内容进行总结、反思和提升。模块分两部分：①课前思考题，通过实验实际操作的体会和结果回答思考题；②课后思考题，实验完毕反思实验结果，通过对实验原理的再认识、再理解和对实验数据的再分析、再总结回答思考题。

5)综合设计实验模块，以基本理论为基础，以社会生产生活中的实际问题或某工程项目为背景，查阅和搜集相关文献及信息，运用多种方法研究问题和解决问题，并且在实验过程中以团队协作的形式完成。

各个模块所组成的研究性教学体系如图1所示，基础性实验、提高性实验和综合设计性实验是一个循序渐进、逐步提高的过程。虚拟实验是辅助功能模块，一方面可以作为预习内容，让学生提前对实验方案和实验内容进行仿真模拟，检验方案的可行性和正确性，便于更好地完成基础性实验、提高性实验和综合性实验；另一方面可以作为重要的仿真设计工具。此外，思考练习模块贯穿于各个实验模块中，每次实验前和实验后都应该有思考练习来巩固和提高实验成果，这是一个十分重要且必要的环节。

图1　数字逻辑实验教学体系

2.3采用灵活多样的研究性教学方法

1)自主学习和课堂教学相结合。在多重教学目标和多重教学内容的现代教学体系中，仅仅依靠课内教学的学时已远远不能满足要求，我院将数字逻辑系统作为网络精品课程，充分利用这一资源，将实验项目添加到网络精品课程中，让学生在课余时间学习相关实验的原理、内容、方法、步骤等，针对思考练习题搜集相关资料，提前对实验内容设计初步解决方案，并进行虚拟仿真练习作为预习内容。这样不仅能培养学生对基本知识的自学能力、关键问题的解决能力、相关信息的搜集和整理能力，而且使得课堂教学事半功倍。

2)多媒体教学与问题式教学相结合。实验室教学与课堂教学的不同之处在于课堂教学已将多媒体课件的应用非常深入化和广泛化了，但很多高校的实验室教学很少或甚至不用多媒体课件进行教学。然而数字逻辑实验课程具有以图为核心的特殊性，很多实验原理图、电路图、芯片引脚分布图、实验结果图(波形、特性曲线)等都是以图形来帮助理解和说明，如果在黑板上写出、画出会消耗大量时间也不一定能让学生很好地理解和掌握。如果利用多媒体教学手段，如PPT课件、动画视频、仿真软件能够形象地把相关实验原理、实验过程、实验结果等展示出来，可使原本教师讲解的枯燥的实验原理变得生动直观，使纷繁复杂的实验过程一目了然，茫然未知的实验结果可观可控。这样不仅可以激发学生的学习兴趣，加深记忆和理解，更能发挥学生的观察力、创造力等，达到事半功倍的效果，而且也使得教师容易讲授实验内容和控制实验进程，并可使理论教学与实验同步进行。

问题式教学是将所学内容和知识点分解成若干问题，通过学习者的自主探究来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，真正提高学习者分析问题、解决问题的能力[8]。如果将多媒体教学和问题式教学相结合，教师则可以将设计好的某一个实验内容的相关问题和问题层次在PPT上预先展示，需要补充或引申的内容以超链接形式设置，这样使得学生兴致盎然地投入到此情景中跟着教师的思路去探究实验问题，又能循序渐进地将一个个问题和知识点掌握。学生在解答和完成一个问题后拥有成就感，学习的兴趣会大大增加。

3)虚拟仿真实验和实际操作实验相结合。虚拟实验系统为数字逻辑实验教学构建了一个全新的实验环境。该环境提供了丰富的元器件、测试仪器、电路模块和MCU模块，具有强大的仿真、完备的分析手段、完善的后处理、详细的报告生成、兼容性较好的信息转换等功能，能够较好地满足实验课程自学习和方案设计的需要，一定程度上解决了因实验设备的老化、接触不良等客观原因而达不到预期实验效果的问题。同时，虚拟实验系统可以作为实验考核的一部分，让学生在课余学习时间里提前对部分实验内容进行仿真学习，使得学生心中有数，并将预习中发现的问题带进实验室，在实际操作实验中得到进一步的解决。此外，对于综合性设计实验而言，虚拟仿真系统也能很好地作为实验初步方案设计和验证设计结果正确与否的一个重要手段，避免盲目购买元器件，重复搭建电路。因此虚拟仿真实验和实际操作实验两者是相辅相成的关系，是现代实验教学的两个重要平台。

4)基础性实验和提高性实验相结合。单纯的验证性实验是实验教学的诟病，因此在数字逻辑实验教学中必须把基础性实验和提高性实验相结合。一方面，设置基础性实验使学生掌握一些必要的理论和方法，并让学生在心理上有一定的成就感；另一方面，设置提高性实验，如简单的基于实际生活问题的组合逻辑电路设计，较为复杂得多的模块、多功能电路功能测试，在理论课上教师简单提到但未详细展开的理论内容等，让学生提前搜集资料、自主思考问题、自行完成电路的设计、验证、总结等工作，让学生在心理上有一定的满足感。当然，提高性实验内容不同于综合设计性实验内容，教师应该把握好度，即一个学生在已有的知识基础上和规定时间内能够完成。

5)独立性实验和综合设计性实验相结合。前面所述都是针对某一个或几个知识点的独立性实验，而综合设计性实验是在项目驱动下的实验教学，可作为大学生创新平台的一个重要组成部分。综合性设计实验结合教师科研、企业项目、社会需求的相关课题(如智能交通信号灯控制电路、多功能数字钟、多路智力抢答器的设计等)，以开放实验、自主学习、实验考试等为实施手段，以学生组队、教师指导为组织形式，培养学生发现问题、思考问题、解决问题、团队协作、自主创新的能力，是应用型人才培养目标的集中体现[9-10]。具体分为以下4个阶段：①构思阶段，每个项目实施时，教师先规定项目要求，分析一些涉及本项目的关键知识点；②设计阶段，学生课余查找资料，制定初步解决方案，进行软件仿真，选定实验所需的元器件，期间教师定期了解学生设计进度，与学生探讨设计过程中遇到的问题；③实施阶段，学生课内搭建电路，测试硬件，调试软件，互相讨论，完善系统的设计，根据实验现象、结果撰写综合设计性实验报告；④考核阶段，由各小组选代表进行答辩，演示自己的作品，交流自己的心得体会。教师总结项目设计过程中存在的问题，对学生的项目完成情况进行考核评定。

2.4改革传统的考核方法

3结束语

数字逻辑实验是学生实践动手能力的培养与工程意识的培养重要的一环。本文把研究性教学和应用型人才培养目标相结合的思想引入数字逻辑实验课程，对教学目标、课程体系、教学方法和考核措施进行了全新的构建。该实验教学模式可激发学生的探究兴趣和创新精神，使学生通过课程学习和实践，掌握现代数字逻辑电路的分析和设计方法，为后续课程准备必要的数字电路知识和设计技能，进而培养学生系统设计能力、分析问题和解决问题的能力，同时培养和提高了学生的创新意识和创新能力。从教学效果看，通过引导学生自主地参与研究性学习，形成“理论实践统一、课内课外统一、讲授与学习统一”的课程模式，学生的学习积极性大大提高，并在知识点的理解、知识结构的掌握、工程实践能力的塑造，以及团队协作能力的培养都得到了明显地提高。

参 考 文 献

[1]王玉萍.地方性本科院校应用型人才培养研究[D].武汉：华中农业大学，2009.

[2]王淑慧，王庆华.研究性学习课程建设的探索[J].中国大学教学，2006(9)：40.

[3]吴 淮，吉家成，米源.高校《数字逻辑》实验教学探讨[J].实验科学与技术，2013，11(6)：284-286.

[4]李文，黄文，尹向东，等.IACI．CDIO理念下项目驱动的数字逻辑实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2014，33(6)：161-164，176.

[5]周建国，王小兰.虚拟实验系统在“数字逻辑”实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30(10)：78-80，157.

[6]傅忠云，刘文波，田莉.应用型人才培养目标下的PLC课程改革[J].电气电子教学学报，2014，36(3)：38-40.

[7]刘长征，周力波，张仁伟.应用型人才培养目标下的信号与系统课程教学模式[J].计算机教育，2011(16)：29-32.

[8]付森.PBL教学法在数据库原理教学中的应用[J].计算机教育，2010(10)：91-93.

[9]艾明晶.基于自动设计方法的数字逻辑课程改革研究与实践[J].实验技术与管理，2012，29(9)：151-155.

[10]季伟东，张军.数字逻辑课程的探究性教学研究与实践[J].计算机教育，2010(20)：76-78，82.

收稿日期:2015-01-06；修改日期: 2015-06-18

基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015C215)；江苏省“十二五”高等学校重点专业基金(ZG0191)。

作者简介：陈勇(1982-)，男，博士，讲师，主要从事机器人技术和智能测试系统方面的研究。

中图分类号O341;G642.423

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.029

Digital Logic Experiment Teaching Reform from the Perspective of the Applied Talents Training Target

CHEN Yong

(School of Electric and Automatic Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China)

AbstractThe research-oriented teaching is an important measure of newly built local undergraduate colleges and universities to cultivate applied talents with innovative consciousness and innovative ability.In view of the existing problem in the of Digital Logic course，this paper puts forward some ideas about research-oriented teaching applied to the course of Digital Logic experiment teaching.The practice shows that research-oriented does not only improve the students’ enthusiasm and initiative，develop the students’ ability of creative thought，but also lay a foundation for the subsequent study.

Key wordsapplied talents；research-oriented teaching；digital logic experiment