《数字电路与逻辑设计》教学改革探索

晏中华 黄超意 谢应涛 黎淼 王华东 周围

【摘要】本文针对《数字电路与逻辑设计》课程在教学中目前存在的主要问题进行归纳分析，提出从教学内容、教学方式以及考核方式三个大的方面来进行教学改革，从而激发学生的学习热情，提高学生学习兴趣以及实践动手能力，以便为理工科后续专业课程的学习打好坚实的基础，同时，探索新工科人才培养的具体实施方式。

【关键词】新工科  数字电路  教学改革

【基金项目】该论文受重庆邮电大学电子科学与技术“重庆市大数据智能化类特色专业建设项目”（ZNTSZY-4）、重庆市高等教育教学改革研究项目（193108）、重庆邮电大学教育教学改革项目（XJG19207）以及重庆邮电大学国际化教育研究项目（GJJY19-2-13）资助。

【中图分类号】G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）29-0094-02

一、引言

近些年来，随着电子信息技术的不断发展，社会各个行业对电子信息类人才的需求量也在不断增加，同时，对于人才素质的培养也提出了更高的要求。高等院校作为人才输送的主要來源，其首要任务就是要为社会培养高素质人才。《数字电路与逻辑设计》课程作为高校通信、电子、自动化、计算机等大部分理工科相关专业的核心专业基础课，学生对于该课程的理解、掌握程度直接影响到其后续相关专业课程的学习[1-2]。然而目前，随着新的培养方案的制定，课程学时与教学量的安排相应减少，如何优化教学内容以提升教学效率，成为该课程教学改革中需要首先解决的问题。同时，《数字电路与逻辑设计》是一门理论性与实践性都很强的课程，通常来讲，其教学计划都会涵盖课堂理论教学与实验室实践教学两个环节。而理论与实验教学通常分别由不同的老师负责，这可能会导致两门课程教学进度的不一致，出现理论课程与实验课程脱节的情况，从而影响课程的教学效果。再者，教学方式比较单一，以教师课堂讲授为主，学生学习态度比较被动，无法做到学以致用[3-4]。基于此，本文将从教学内容、教学方式以及考核方式等方面提出一些课程改进的方向。

二、教学改革具体举措

（一）教学内容的改革

《数字电路与逻辑设计》课程主要包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、数模和模数转换以及脉冲单元电路等。其中，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法仍然是本课程的教学重点。而在教学内容上，需要简化对各类器件复杂的内部电路结构的分析，突出阐述其外部特性，逻辑功能等，从而使学生能够利用各类器件进行数字电路的逻辑设计。同时，考虑到学生已经先修过“大学计算机基础”等相关课程，对于数制和编码的概念已有一定的了解，因此，在数字逻辑基础这部分内容中减少对数制和编码的介绍，而重点介绍逻辑代数中的逻辑关系及运算，逻辑代数的相关规则，以及逻辑函数的表示和化简方法。逻辑门电路和集成触发器分别为组合逻辑电路和时序逻辑电路打下器件基础，其主要内容与模拟电子技术课程有一定的重复，因此，在本课程的教学过程中简单介绍，主要介绍器件的开关特性和实际应用。脉冲单元电路章节只进行基本原理和外部特性的介绍，重点讲述由555定时器所构成的应用实例。对于工程性较强的半导体存储器和可编程逻辑器件在后续的FPGA等相关课程中会进一步学习，因此，在本课程中只做简要的介绍。数模和模数转换器在后续课程“单片机原理”中会进行介绍，所以在本课程中不再作为教学内容。在课程的理论教学过程中除了对理论知识的学习，还可以将Quartus仿真软件运用于理论课堂教学中。通过先讲解理论知识，再通过Quartus软件进行仿真验证，从而加深学生对所学知识的直观理解，提高学生的学习兴趣[5]。

《数字电路与逻辑设计》课程是注重实践应用的，因此，除了理论课的教学内容改革外，在实验教学方面，也需要做出改革。而过去传统的《数字电路与逻辑设计》实验课程主要是以验证数字电路性能为主，其目的更多的是为了配合理论教学，巩固学生在课堂上学习的理论知识，同时，也具有一定锻炼学生动手能力的作用。但是，这种验证性的实践课程不能有效锻炼学生实际应用数字电子技术的能力。因此，为了充分发挥学生的主观能动性，可以考虑引入以创新性小型科研项目为驱动的实验课程改革[3]。从而，极大程度地提高学生的动手实践能力。

（二）教学方式的改革

当前，高等学校的教学方式已经完全由多媒体教学代替了传统的板书教学的方式。显然，多媒体教学具有很多的优势，比如其能够生动形象地表示真值表、电路图、波形图以及状态转换图等，其内容和表述方式更加灵活多样。同时，多媒体教学能够节省很多板书所需要的时间，在相同的时间内，可以讲解更多的教学内容。然而，现在的大学生是在互联网时代成长起来的一代，从小到大所接触的信息非常广泛。目前，单纯的多媒体教育教学方式已经不能完全满足时代的需求，学生上课的兴趣和注意力也正在逐步地减弱。因此如何采用更加有效的互动式学习，充分吸引学生注意力成为教学方式改革的主要内容。

基于此，针对手机终端不断普及的现在，可以充分利用手机终端实现教师和学生之间的互动，如采用雨课堂，麦可思助教系统等，充分利用互联网下的信息优势，将课堂上学生单纯的被动式接收知识的方式转变为学生参与、老师与学生互动学习的方式，从而有效地提高学生的课堂参与度，解决目前教学方式单一而枯燥乏味的问题。

不仅如此，还可以完成对学生课前预习、课后复习等相关过程的监控，实时了解学生的学习动态。并通过预先设置一些与课程相关的话题或问题，引导学生进行相关问题的讨论，从而最大限度地激发学生的学习兴趣，形成良好的师生互动氛围。另外，除了教授课程的知识外，教师平时还可以多收集整理关于数字电子技术发展相关的科学研究进展等，并将其合理地融合到本课程的教学过程中，以扩展学生的视野，提高学生的思辨能力。

（三）考核方式的改革

课程的考核方式对于课程具有重要的导向和质量监控作用[6]。目前，多数理论课的考核方式主要以期末考试成绩为主，这种只注重结果而忽视过程教育的考核方式，存在较大的偶然性和不可预知性，不能全面地反映学生的学习过程，同时也很难调动学生上课的积极性，存在考前突击复习的问题。为改变此现状，根据《数字电路与逻辑设计》课程的特点，可以从多形式，多阶段对考核方式进行改革。首先，考核的形式可以多样化，开展包括笔试、随堂测验、设计报告等多种形式的课程考核。其中，笔试即是课程最终的期末考试;随堂测验即在课堂内进行课堂讨论以及小測试等;设计报告包括每次实验课的实验报告、阶段考核设计报告以及综合设计报告。其次，加强学生学习过程的考核也是相当重要的。针对《数字电路与逻辑设计》课程而言，传统的考核方式完全由期末考试成绩决定，这不利于对学生学习过程的管理，也不利于掌握学生阶段性的学习成效。因此，考核方式也需要进行合理的改革。应该合理分配平时成绩和考试成绩的比例，加强对学生学习过程的管理，如平常成绩和期末考试成绩各占50%。而其中平时成绩可由20%课堂表现+40%随堂测验+40%课后作业及讨论构成;而考试成绩可由20%的期中成绩+80%的期末成绩构成。通过这样的阶段成绩，一方面可以不断地反馈出学生的学习状态，适时地调整教学方式方法;另一方面，加强学生的出勤率和课堂参与度的考核，提高课堂教学的效率。同时，也能突出过程考核的重要性，从而使课程成绩能够更加公平、公正、且全面地体现学生的学习效果与能力。同时，为了开阔学生的视野，提高学生的创新实践能力，鼓励学生组队参加各级各类的数字电子技术方面的科技竞赛或申报大学生创新创业训练项目，并对竞赛获奖和项目获批的同学给予一定的课程加分[7]。

三、结语

本论文针对《数字电路与逻辑设计》课程目前在教学过程中存在的不足，分别从教学内容、教学方法和考核方式等方面对理论和实验教学进行了教学改革的初步探索。并开展了教学改革和教学实践，学生的成绩和学习积极性均得到相应的提高。从而，为理工类相关专业的后续专业课程的学习打好坚实的基础。同时，本论文以《数字电路与逻辑设计》课程为基础，探索了新工科人才培养的具体实施方式。

参考文献：

[1]王毓银.数字电路逻辑设计（第3版）[M]. 高等教育出版社. 2018

[2]李晓辉.数字电路与逻辑设计（第2版）[M]. 电子工业出版社. 2017

[3]郭祥.数字电路与逻辑设计课程教学改革的探索[J]. 智库时代. 2018（143）： 209+214

[4]陈岚，李晓辉.“数字电路与逻辑设计”课程教学改革初探[J].科技创新导报. 2018（27）：218-219

[5]吕思忠.数字电路实验与课程设计[M]. 哈尔滨工程大学出版社. 2008

[6]杨春雨，魏白光.建立过程性评价与终结性评价相结合的课程考核改革的探索与实践[J].吉林化工学院学报.2013（10）： 72-73

[7]张霞，张丽果，李立珺.数字电路与系统设计基础课程改革的探索与实践[J].中国现代教育装备.2018（11）：52-54