计算机数字逻辑课程一体化教学初探

张蔚+梁惺+彦顾晖

摘 要 根据数字逻辑技术课程特点，以卓越工程师计划为依托，从职业技能培养入手，阐述理论教学与实验、设计、应用融合的一体化教学目标、思路及方法，介绍通过以案例实训为职教形式的计算机数字逻辑课程教学改革、实现一体化教学的相关工作与研究。

关键词 计算机数字逻辑；一体化教学；实验教学；Proteus；教学资源

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）24-0123-03

Research and Realization in Integrated Teaching of Digital Logic//

ZHANG Wei， LIANG Xingyan， GU Hui

Abstract Based on the excellence engineer plan， according to the characteristics of the Digital Logic course， and focusing on the prac-

tical skills training， this paper elaborates the goals， ideas and methods

which are used in the theory-experiment-combined and design-app-

lication-integrated teaching in the course. The paper also emphasizes the teaching reform of the digital logic course and the research in the

actualizing of integrated teaching.

Key words digital logic； integrated teaching； experimental teaching； Proteus； teaching resources

1 课程背景

计算机数字逻辑课程是高校计算机专业的必修基础课程，在知识结构中承上启下，可以为后续课程如组成原理、体系结构、接口技术乃至嵌入式系统应用等构筑理论基础。其主要内容包括逻辑代数基础、门电路构成与分析、组合逻辑电路、时序电路脉冲、时基整形电路组成及常用集成电路应用等[1]。课程理论知识完整且复杂，不仅有数学理论的要求，有方程推导和公式演化，也有物理工艺与原理的讨论，更注重电路分析能力和系统设计能力的培养。

传统的计算机数字逻辑课程教学中，教师追求“讲全、讲细、讲透”的理论课堂讲解，学生花费大量精力去记忆公式、器件，计算电路中各信号变化，对计算机专业学生和电子工程、电气工程等专业学生没有进行差异化培养，使得计算机专业学生在接受课堂理论教学时易于感觉枯燥无意义，而实际设计操作时又变得无从下手，不少学生学习信心低落，教学效果不佳。

自南通大学计算机专业被纳入江苏省卓越工程师教育培养计划，笔者所在教学团队针对数字电路和数字逻辑课程理论体系完整、工程实践应用程度高的课程特点，以专业认证和审核评估为预期，将之重塑为计算机数字逻辑设计，对该课程在工程人才培养框架下进行一体化整合，将理论基础提高和应用技能培训相融合，并切实贯彻到教学过程，进而构造出一个适合于应用型工程人才培育预期的课程教学体系，助力增强教学效果。

2 一体化教学设计

一体化教学是综合利用现代教育技术，基于工程人才培养要求的课程教学目标，将实施课程教学的各个环节及相关因素融合于一体的教学模式。涉及：

1）课程内容的一体化设置，即理论部分和实践内容的拼接整合；

2）教学形式一体化实施，实现施教者的原理讲授、操作演示跟受教者的课堂听课、现场听讲及实验训练的交互融合；

3）教学环境与教学资源的一体化，将教室、实验室及实训场所等硬件资源与互联网、虚拟技术和多媒体辅助等数字软件资源一体化配置；

4）培养目标的整体化，实现专业理论知识、专业设计技能、职业素质和工程能力要求的一体化训练。

由此，形成融知识传授、能力培养、素质教育于一体的教学模式[2]。

针对计算机类学生培养目标和课程教学预期，通过组织计算机类各学科专家、教师进行座谈研究，归纳出若干典型工程应用设想；在此基础上，进一步总结分析出各个典型工程所涉及的知识与技能；并组织任课教师，将这些工程应用分解成若干个知识模块，转换成教学过程可以实施的教学设想和学习任务，设计重构出若干学习情境，内容上化繁入简、去芜存菁，规划出适合于计算机类工程人才培养的施教内容和教学任务。具体知识点顺序及对应的学时分配如表1所示。

3 教学组织与实施

师资队伍建设 教师是知识的传递者，是教学活动的组织者。要落实一体化教学，保障专业理论传授与实践项目训练有机结合，实现高效率施教，则需要“教师—工程师”一体的“双师型”教师。这就要求施教者必须具有扎实专业理论、教学经验和教师职业能力，同时需要具备工程视野，具备一定的工程经验，能较好地解决工程、生产中的實际问题，从而可以通过教学活动中的言传身教，将工程应用所需要的相关理论知识、操作技能、设计思维、开发经验以及职业态度传授给学生。

在计算机数字逻辑设计课程改革期间，首先组织教师参加各类培训学习以提高教学技能，参与参观厂企和实训基地建设以增进工程素养和职业培训观念，努力实现“理论专能”到“理职相融”的转型；其次，通过团队导师形式优化师资配置，形成以老带新的合理化队伍结构，使专业课理论教师投入并逐步熟悉实验实践及实训教学，并根据教学各个环节的特点和学生素质，不断调整教学手段、优化教学形式，同时也提高教师自身实训操作能力和指导学生工程训练的教学能力；最后，依据一体化教学目标，通过对教学内容和知识体系的分析，建立多个教学子模块，并以此分配负责教师，形成高效的教学链。endprint

实训与仿真平台建设 传统的计算机数字逻辑实验设备一般采用模组型试验箱实现，学生根据实践指南，将不同器件和功能模组之间进行连线即可完成硬件设计。该方法优点在于实验操作难度低、实验完成度高，减轻教师实验教学工作量和实验室维护难度。但这种几近于“傻瓜式”的操作，一方面，教师的实践教学参与度不高，知识传授和实践培训力度不强；另一方面，由于模组型实验设备设计上的内部原理透明性，使得对于电子电路基础较弱的计算机专业学生而言，很难理解实验箱和实训平台中各模组的插孔、连线与数字系统整体之间的联系，更难以落实对计算机系统的感性认识。

为兼顾“认知”与“操作”，本课程采用以计算机仿真设计为主、硬件板验证为辅的实践方案，利用Proteus软件良好的数字电路仿真能力、直观的原理图描述和可视化三维成品效果，帮助学生自主设计、实现各个一体化教学案例，有效增强实验实践效果。图1为利用基本器件搭建内存单元的Proteus仿真实验。图2为自行设计的猜生肖仿真作品。

教育技术与教学方法 一体化教学过程是理论教学与工程生產实践紧密结合的体现。本教学团队在教学实施中改变传统的理论课和实践课分段讲授的模式，充分利用互联网络、移动终端和计算机虚拟仿真技术，实现逻辑电路原理知识与实际项目设计应用的穿插拼接，构造理论知识应用于工程实践的一体化教学情境，努力让施教、受教双方得到理想的教学体验。受限于教学场所的建设条件和生源配比，彻底取消“理论—实践”分段化，不符合目前教学实情。因此，适时适宜地运用现代教育技术，充分利用电化教学、网络平台和移动终端，使工程实践案例在理论课堂形象再现，帮助学生直观记忆。

在教学情境构造上，通过实行交互式课堂组织，将传统理论课堂重构为模拟的工程应用讨论现场，将工程参与融入学习参与，增强一体化课堂教学效果。在教学实践过程中，除了实验教具和设备，灵活利用多媒体教学和线上资源，利用“雨课堂”等PC-手机的同步教辅工具，实现师生便利的“多对多”交流，助力学生边做边学的“双边”学习；同时，通过Blackboard、QQ、百度云等新型教辅平台和公共交流及资源平台，强化课余复习、自我训练和实验准备等环节，让课程讲义和工程案例可以在PC或手机上点播重演，让过程评价在网络同步，逐步培养计算机类学生自主学习、自我约束、文案书写和项目管理等职业素养。

教学资源建设 一体化教学助力于将工程应用融合到教学过程中，因此需要根据学生的知识层次和工程人才培养定位，结合本校计算机学科的专业区分度，重选重编适用性讲义教材和教学资源，定制以工程能力培养为目标的实验实践材料。表2给出依据课程教学计划所拟定的资源建设任务。

依据集中讨论、模块负责的制作原则，让每位主讲教师熟悉课程各项内容和资源，通过由易入难的任务引领学生专业技能的逐步提高，通过应用方案的灵活多样，诱发学生求知兴趣，达到做与学的统一。

教学过程管理 教学过程的监控管理是落实课程教学任务、保证课程教学质量的关键。在实施中，针对各项实践任务，学生对设计方案与运行结果进行分析总结，保存原理图文件和仿真输出，将实验成果结合理论知识制作Word或PDF报告，进行展示、讲解、讨论和评价。整个教学过程中，通过现场考核和课后线上/线下递交的形式，综合运用单项教学环节考核、阶段性能力测试和实训任务评级，保证学生在整个教学过程中的参与度；通过学校、学院组织的学生评教、同行反馈和课程阶段性讨论评价等，保障教师在教学实施各环节的达成度。通过师生统一观念、同心协力、符合规律，达成培养目标。

4 结语

在一体化教学改革实验教学过程中，大部分学生对课程的学习兴趣保持较高水平，实践环节的完成度和成功率都比较理想，课外练习和作业完成情况也较往年有很大改观。通过一年的课程教学改革与建设，初步达成师资团队建设，逐步完善课程教学方案，丰富了教学手段，实现了多元化教学形式，并加强教材建设，完善网络教学资源库，有效保证了课程教学质量和效果；另一方面，各个教学环节的落实使学生初步掌握课程相应的操作技能和理论知识，逐步接受工程理念，积极将所学知识与实际应用相结合，乃至培养创业能力和创新能力。

参考文献

[1]刘雅琨.电子技术课程实施一体化教学模式探索[J].信息与电脑：理论版，2014（4）：254-255.

[2]彭情，潘元忠.电子技术一体化教学改革研究[J].轻工科技，2017（1）：130-131.

[3]肖伟才.理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011，30（4）：81-84.

[4]林健.基于工程教育认证的“卓越工程师教育培养计划”质量评价探析[J].高等工程教育研究，2014（5）：35-45.endprint