新工科愿景下数字逻辑电路课程思政问题研究

谢玲 韦伟 房云 栾迪

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210046）

1 引言

2017年开始教育部积极推进新工科建设，这对我国工程教育体系的人才培养提出了新的要求。新经济的发展呼唤“新工科”，要求工程教育进行改革创新，需要高校为新经济建设培养造就复合型、创新型、综合性人才。

作为新工科的学生，核心能力主要体现在：个人效能、知识能力、学术能力、技术能力及社会能力，其中诚实正直、敬业、理解他人、工程伦理是其常见能力之一[1,2]。因此，作为大学生成长和人格形成的最主要阵地，高等院校肩负了特殊的使命，不仅要传授知识，培养知识能力、学术能力和技术能力，还要注意培养社会主义核心价值观以及做人做事等个人效能和社会能力。当代大学生思想活跃，但是，也容易盲目跟从、盲目参与，思政课程和课程思政双管齐下，才能满足教育要强化思想理论教育和价值引领的需要。

新工科与课程思政的结合正是大学生能力培养及道德教育的融汇，本文以数字逻辑电路为例，将新工科愿景下课程思政与专业教育相结合，不失普遍性，为高校传统工科专业的转型和新兴工科专业的设置与发展提供新的理论依据。

2 研究思路

从新工科工程教育改革创新出发，以应用型本科高校为载体，通过将课程思政与专业教育相结合，同向同行，协同发展，助力新工科，培养高素质工程人才。对理工科高校来说，育人，必须与工程人才的培养定位进行对接，根据培养定位及对人才的能力培养需求，在专业教育过程中尝试将社会主义核心价值观与新工科核心素养共性的东西一起来讲，有机融入家国情怀、学以致用、工匠精神、职业道德等思政元素，提升新工科人才培养质量，帮助学生树立正确的价值观、人生观和世界观，支撑新经济发展的人才需要。

2.1 课程目标

通过学习数字系统与逻辑设计的基本理论和方法，使学生能建立数字系统完整的总体概念，掌握数字逻辑电路的分析方法、设计方法，以及一些经典的中、小规模集成芯片的功能及使用，具备一定的数字电路分析和设计能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，培育工匠精神新工科人才。

具体教学目标如下：

（1）掌握逻辑代数和数字逻辑电路的基础知识，能将其用于实际工程问题的分析。

（2）具备分析数字逻辑电路和器件的能力，掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的一般分析方法，能够分析典型器件的结构和原理，如编码器、译码器、数值比较器、加法器、计数器、寄存器等，并针对实际工程问题和应用对象进行器件和参数的选择。

（3）具备对数字逻辑电路进行初步设计的能力，掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法，能运用基本原理和方法，根据设计要求完成数字系统的设计。

（4）通过多种教学途径和教学环节培养学生掌握理论知识、计算思维和应用技术能力，提升学生的学习兴趣，使学生主动学习，提高学生的自主学习能力。

（5）在课程学习过程中理解并遵守职业道德和技术规范，有责任意识。

2.2 教学设计

针对上述教学目标，我们将内容由浅入深地引入，对学生的能力要求随之逐层递进。在教学模式上，将学生分层培养；并深度挖掘课程思政相关内容，润物细无声地引入日常教学。

整个知识体系分为四大模块：逻辑代数、组合逻辑电路、时序逻辑电路以及加强模块（脉冲的产生和整形、数模转换和模数转换、EDA工具的应用）。其中，根据不同专业不同学生的培养要求，加强模块中的内容可以按需选择。

每一个教学模块的培养都分为四个层次，分别是基础、分析方法、设计方法和综合训练。

具体设计如表1[3]。

3 课程思政案例

3.1 课程引入部分

这部分讲述的是课程的必要性和重要性，以及在课程体系中的作用。小到生活中的电子器件，大到国防、国家的经济发展，此时适时引入人生观、价值观、世界观，对学生进行国防教育、理想教育。

3.2 逻辑代数部分

这部分讲述逻辑代数基础及作用，此处引入如何有效学习。这一部分是整个知识体系的基础，打好基础，积累到一定的量，才能引起质的飞跃。

逻辑函数具有5种描述方法，这几种方法之间可以相互转换，由此引入辩证法中事物的多样性，并引导学生将专业的知识、思想、方法融合于创新能力的培养中，激发和提高创新意识。

3.3 组合逻辑电路

这部分描述组合逻辑电路的分析与设计的一般方法，并重点讲解编码器、译码器、数据选择器等常用组合逻辑电路的原理和应用。引导学生正确看待个体与整体的关系：知道组合逻辑电路中单个门电路不能做到综合功能的实现，只有所有门电路集合在一起才能完成相应的功能，如加法器、数值比较器等。

要实现一定功能的逻辑电路，实现的方式有很多，比如可以用最简单的门电路实现，也可以用译码器、数据选择器实现。所用到的元器件个数及类型不同，就会进行比较，如什么样的实现方式所选用的元器件少，什么样的实现起来经济、方便，进而可以培养学生的节约意识，以及人类命运共同体的价值观。

3.4 时序逻辑电路

这部分描述时序逻辑电路的分析与设计方法，时序逻辑电路以触发器为核心，加上一定的组合逻辑电路，构成了计数器、寄存器等经典时序逻辑电路，此处可以引入个人在创新团队中的作用。

时序逻辑电路涉及的集成电路较多、规模较大，引申到当代中国在集成电路方面的成就与不足，要学生辩证地看问题、发现问题。另外，引导学生增强对自己的国家、民族的认同感和自豪感，意识到自己肩负着民族复兴的重任，要为实现社会主义现代化和中华民族伟大复兴，建成社会主义现代化强国而努力奋斗。

3.5 加强模块

这部分由三大内容构成，可用于分层教学，体现课程的高阶性。三大内容分别是：脉冲的产生和整形、A/D转换和D/A转换、EDA工具的使用。其中，脉冲的产生和整形重点要求掌握555定时器的原理，以及用该芯片构成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的工作原理和应用。对计算机类、自动化类等需要软硬结合的学生来说，数模转换器和模数转换器是必不可少的内容，要求掌握其原理和应用，能够进行器件的选取。EDA工具我们引入了proteus仿真软件，让学生搭建电路，并进行实时仿真，快速观测到效果，也能激发学生的学习兴趣，调动学生学习的主观性和能动性。这个过程涉及之前学过的各个知识点，留意每一个细节，且不断调试、调整，才能构成整个系统，实现相应的功能。这个过程可以培养学生为国为民、甘于吃苦的奉献精神，坚持科学、不断探索的创新精神和精益求精、追求完美的工匠精神。从而把课程思政融入整个教学过程中，做到“润物细无声”，潜移默化地影响学生。

4 教学模式改革

4.1 讲授方法成体系

以学生能力培养为核心，注重分析和设计的方法。无论是组合逻辑电路还是时序逻辑电路，都从一般性的方法讲起，再到具体实例的分析和应用，培养学生的逻辑思维能力，也让整个课程的讲授脉络清晰、易懂。

4.2 课程思政入课堂

立德树人的关键环节在于将课程思政融入专业课程的教学当中。通过对数字逻辑电路课程的改革，将思政元素从两个方面融入专业课程中。一是由知识点引出的课程思政内容，这个是显式的课程思政；另一方面从课程的设计、运用的方式潜移默化地融入课程思政，如上面案例部分所述的工匠精神，这个是隐式的课程思政。我们就是要通过课程的学习，将学生培养成有思想、能创新、有正确价值观的人才，符合新工科人才的内在要求。最终能让学生思考该如何通过所学知识，在国家发展与个人前途的交汇点上规划人生。

4.3 教学方式多样化

新的育人要求需要教学方式的创新。既然是以学生能力培养为目标，那就要以学生为本，更好地进行差异化人才培养，真正实现因材施教，从而培养学生学习的积极性、主动性、参与性和协作性。必须进行教学方式的改革，实现教学方式多样化。

（1）采用线上线下混合式教学模式，打造精品资源库。线上采用SPOC和直播方式（根据需要可以选择），将课内知识点做成微课，可以反复观看。学生在线上通过观看视频完成基本理论知识的学习，对不懂的内容可以线上提问，完成自学过程。线下课堂主要是对重点、难点针对性讲授，特别是对线上学习时反映出的突出问题进行深入剖析。另外，线上的资源可以实时更新，充分利用网络资源进行教学。

（2）利用对分课堂进行分层教学。首先因材施教，不同的学生需要培养的能力不同，在顶层设计时就要考虑到这一点，可以在基础课程之后通过一些阶段测试或者是竞赛成绩将学生进行分类。我们采用对分课堂，结合线上线下混合式教学模式，要为不同的学生设计线上学习的内容，也就是说不能放手让学生完全自学，而是有引导性地让学生线上学习，这种方式往往更加高效，也不会让学生觉得摸不着重点。对分课堂对教师提出了更高的要求，要求教师更加准确地把握课堂教学目标，更加精确地选择教学内容，更加恰当地运用课堂教学方法，在课前准备工作上投入大量的精力，精心设计教学，让学生线上自学之前，要给出设计好的预习单。而线下的课堂之中，也要引导好学生分组讨论，将知识内化吸收。

多样的教学方式，可以不断地提升学生学习的积极性，化被动为主动，激发学生刻苦学习、不怕困难、坚持理想、挑战学科前沿的勇气和内驱力。

4.4 考核评价融合创新

课程采用多样化的作业设计体系和课程考核方式。在考核方式方面，改变重期末、轻平时的方式，增加学生学习过程考核次数，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和创新、创业、创造的能力。并且在这一过程中产生的数据，反过来可以作为学生分层的数据来源，支持因材施教，促进教与学的提升。在考核内容方面，改变重理论、轻实践的方式，增加项目考核内容，注意项目的难度和区分度，不同层次的学生难度不一样，成绩系数也不一样。

课程的总成绩由三大部分组成：（1）线上成绩，包含在线课程观看成绩、线上测验成绩、线上讨论成绩等；（2）线下成绩，包含作业成绩、过程考核成绩、项目考核成绩等；（3）期末考试成绩，主要是期末考试卷面成绩。以上三方面成绩比例可根据实际情况进行调整。

5 结语

新工科对应用型人才培养提出了不一样的能力要求，以培养学生能力为目标，在专业课程教学过程中将社会主义核心价值观与新工科核心素养共性的东西结合起来，引入课程思政。立德树人是教育的根本任务，而课程思政是落实这个根本任务的关键环节。文章以数字逻辑电路课程为例，转变单一的课堂授课模式，采用线上线下混合式教学，将思政元素或显式或隐式地引入到课程当中，春风化雨、润物细无声地将学生培养成有思想、能创新、有正确价值观的人才，同时为高校传统工科专业的转型和一流课程的建立提供理论和实践依据。