教學(xué)模式的數(shù)字邏輯課程教學(xué)研究論文
論文摘要：針對目前“數(shù)字邏輯”課程教學(xué)中存在的問題，在分析“數(shù)字邏輯”課程的特點、教學(xué)現(xiàn)狀和PBL教學(xué)模式內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，文章提出將PBL教學(xué)方法應(yīng)用于“數(shù)字邏輯”教學(xué)過程中的觀點，并提出“2+2”教學(xué)方案。教學(xué)實踐表明，將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于數(shù)字邏輯課程中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使他們進(jìn)一步加深了對數(shù)字邏輯的原理、知識、概念的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
論文關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯 PBL教學(xué) 教學(xué)研究
“數(shù)字邏輯”課程是理工類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，從計算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)上講，“數(shù)字邏輯”是深入了解計算機(jī)“內(nèi)核”的一門最關(guān)鍵的基礎(chǔ)課程，同時也是一門實踐性很強的課程[1]。其任務(wù)是使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯與系統(tǒng)的工作原理和分析方法，能對主要的邏輯部件進(jìn)行分析和設(shè)計，學(xué)會使用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路和高密度可編程邏輯器件，掌握數(shù)字系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各種超大規(guī)模數(shù)字集成電路的系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)。
PBL全稱為Problem—BasedLearning，被翻譯成“基于問題學(xué)習(xí)”或“問題式學(xué)習(xí)”。其基本思路是以問題為基礎(chǔ)來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程[2]。PBL教學(xué)法是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以小組討論形式，在老師的參與和指導(dǎo)下，圍繞某一具體問題開展研究和學(xué)習(xí)的過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力[3]。如今PBL教學(xué)已經(jīng)成為美國教育中最重要和最有影響力的教學(xué)方法。
1研究背景
1.1數(shù)字邏輯課程的內(nèi)容及其教學(xué)中存在的問題
數(shù)字邏輯課程的主要內(nèi)容包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)和數(shù)字電路兩個部分，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生應(yīng)把握好這兩條貫穿整個課程的主線。數(shù)字邏輯基礎(chǔ)是研究數(shù)字電路的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，教師在教學(xué)中應(yīng)使學(xué)生明確數(shù)字電路中邏輯變量的概念，掌握邏輯代數(shù)(布爾代數(shù))的基本運算公式、定理，能夠熟練對邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡。數(shù)字電路是解決邏輯問題的硬件電路，包括組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種基本形式。對于每一種電路形式，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生從基本單元電路入手，熟悉其常用中規(guī)模集成電路的原理及使用方法，掌握數(shù)字電路(組合和時序電路)的分析和設(shè)計方法，并了解數(shù)字系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計方法。
我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，總結(jié)數(shù)字邏輯課程具有以下幾個特點：
1)數(shù)字邏輯課程是一門既抽象又具體的課程。在邏輯問題的提取和描述方面是抽象的，而在邏輯問題的實現(xiàn)上是具體的。因此，學(xué)習(xí)中既要務(wù)虛，又要務(wù)實。
2)理論知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合。該課程各部分知識與實際應(yīng)用直接相關(guān)，學(xué)習(xí)中必須將理論知識與實際問題聯(lián)系起來，真正培養(yǎng)解決實際問題的能力。
3)邏輯設(shè)計方法靈活。許多問題的處理沒有固定的方法和步驟，很大程度上取決于操作者的'邏輯思維推理能力、知識廣度和深度、以及解決實際問題的能力。換而言之，邏輯電路的分析與設(shè)計具有較大的彈性和可塑性。
基金項目：黑龍江省智能教育與信息工程重點實驗室項目；黑龍江省計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)重點學(xué)科(081203)；黑龍江省教育廳科學(xué)研究項目(11551125)。
筆者發(fā)現(xiàn)在實際教學(xué)過程中存在以下一些問題。
1)在教學(xué)方式上，很多教師仍然在以“滿堂灌”的教學(xué)方式為主，整堂課以教師為中心，教師將書本上現(xiàn)成的內(nèi)容、公式、定理、結(jié)論講授給學(xué)生，這使學(xué)生不能主動地去思考和探索，只能機(jī)械地記憶若干公式定理結(jié)論，長期下去會使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。
2)在實驗實踐環(huán)節(jié)上，一些教師側(cè)重理論知識的講授，忽視實驗實踐環(huán)節(jié)，致使學(xué)生在面對具體應(yīng)用問題時手忙腳亂，不知道如何運用所學(xué)的知識去解決問題。在實驗方案的選擇上，一些教師以傳統(tǒng)實驗為主，擴(kuò)展性不足，使學(xué)生無法與實際工程項目接軌，不能很好地解決實際問題。
1.2PBL教學(xué)的內(nèi)涵
在傳統(tǒng)教學(xué)中，我們習(xí)慣于把知識的獲得和應(yīng)用看成是教學(xué)中兩個獨立的階段。實際上，知識的應(yīng)用并不是知識的套用，在應(yīng)用知識解決有關(guān)問題的過程中，學(xué)習(xí)者常常需要針對當(dāng)前的具體問題進(jìn)行具體分析，在原有知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)出解決當(dāng)前問題的方案。因此，應(yīng)用知識解決問題的過程同樣是一個建構(gòu)過程，在解決問題的過程中，學(xué)習(xí)者需要對問題背后所隱含的基本關(guān)系、基本規(guī)律做思考、分析、考察，從而建構(gòu)起相應(yīng)的知識。
以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法(PBL)是基于現(xiàn)實世界的以學(xué)生為中心的教育方式，與傳統(tǒng)的以學(xué)科為基礎(chǔ)的教學(xué)法有很大不同，PBL強調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師講授為主；PBL將學(xué)習(xí)與更大的任務(wù)或問題掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入于問題中；它設(shè)計真實性任務(wù)，強調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情景中，通過學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力，真正提高學(xué)習(xí)者分析問題、解決問題的能力。
當(dāng)今的建構(gòu)主義者越來越重視問題在學(xué)習(xí)中的作用，以問題為中心，以問題為基礎(chǔ)，讓學(xué)生通過解決問題來學(xué)習(xí)，通過高水平的思維來學(xué)習(xí)，這是當(dāng)今教學(xué)改革的重要思路。
2PBL教學(xué)模式在數(shù)字邏輯課程中的應(yīng)用
2.1教材選擇
針對PBL教學(xué)法，根據(jù)計算機(jī)工程專業(yè)的特點，筆者選擇由歐陽星明主編、華中科技大學(xué)出版社出版的《數(shù)字邏輯》(第四版)作為基礎(chǔ)教材，由歐陽星明主編、人民郵電出版社出版的《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》作為參考教材。選擇教材的目的是理論和實踐相結(jié)合，每本教材各有其側(cè)重點。
2.2PBL教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計
在“基于問題學(xué)習(xí)”模式的課堂中，教師是指導(dǎo)者，學(xué)生是活動的主體，它要求學(xué)生要會主動地去尋找學(xué)習(xí)中的問題，然后帶著問題，在自己能力所及的范圍內(nèi)概括和應(yīng)用知識，運用各種已有的知識和科學(xué)的方法去分析問題和解決問題。其教學(xué)目標(biāo)立足于培養(yǎng)學(xué)生靈活的知識基礎(chǔ)，發(fā)展高層次思維能力、自主學(xué)習(xí)能力以及合作學(xué)習(xí)能力�；趩栴}學(xué)習(xí)體現(xiàn)在課堂上，最突出的特點就是促使學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)中去，成為積極主動的學(xué)習(xí)者，從而去努力學(xué)習(xí)新的知識和技能，并能逐漸把所學(xué)知識整合，最終達(dá)到用知識來解決問題的目的。
作者在多年教學(xué)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，針對PBL教學(xué)模式，提出“2+2”教學(xué)方案，包括4個教學(xué)環(huán)節(jié)：提出問題→解決問題→方案討論→總結(jié)評價。
在上述4個環(huán)節(jié)中，教師主要參與提出問題環(huán)節(jié)和總結(jié)評價環(huán)節(jié)，學(xué)生主要參與解決問題環(huán)節(jié)和方案討論環(huán)節(jié)。下面具體說明各個環(huán)節(jié)的設(shè)置。 1)提出問題。
提出問題環(huán)節(jié)是教學(xué)方案中的第一個環(huán)節(jié)，也是教師參與的第一個環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中教師應(yīng)該根據(jù)所講課程內(nèi)容的不同設(shè)計出不同的問題，好的問題是整個學(xué)習(xí)過程中的關(guān)鍵。一個好的問題能夠充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及合作學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生參與到學(xué)習(xí)過程中，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。
筆者講到組合邏輯電路設(shè)計時，提出的問題是設(shè)計一個全加器，用硬件描述語言VHDL進(jìn)行描述并在試驗箱上進(jìn)行實現(xiàn)，同時還給出一個已經(jīng)設(shè)計好的參考例程，共學(xué)生參考學(xué)習(xí)；在講到時序邏輯電路設(shè)計時，提出的問題是設(shè)計一個汽車尾燈控制器，并對選用的邏輯門器件進(jìn)行了要求。
這個環(huán)節(jié)的實施能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識。
2)解決問題。
解決問題環(huán)節(jié)是以學(xué)生為主體的環(huán)節(jié)，是學(xué)生對老師提出的問題進(jìn)行解決。在這個環(huán)節(jié)中，老師首先對學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，以5～7個人為一組。學(xué)生接受任務(wù)后學(xué)習(xí)興趣提高，小組成員進(jìn)行分工，采取各種方法來完成任務(wù)。每個小組共同學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)好的同學(xué)帶動大家一起學(xué)習(xí)，互相幫助，學(xué)生變被動為主動，主動地思考和探索老師所提出的問題，在解決問題的過程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。在實際解決問題過程中，學(xué)生將面臨一些困難，如邏輯器件的選擇上、語言的描述上、具體問題的實現(xiàn)上，等等。
通過這一環(huán)節(jié)，教師也感受到同學(xué)們的想象力、創(chuàng)造力和動手能力等都是非常強的。
3)方案討論。
在方案討論這個環(huán)節(jié)中，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)到的知識對自己所設(shè)計的方案進(jìn)行討論，積極發(fā)言，提出自己的見解，說明自己的理由。教師根據(jù)學(xué)生們的發(fā)言，指出其合理的地方，對其不足的地方進(jìn)行指正，引導(dǎo)學(xué)生解決問題。如在全加器的設(shè)計問題中，有的小組采用的是多種邏輯門電路進(jìn)行設(shè)計，有的小組基于經(jīng)濟(jì)問題考慮，只采用與非門電路來進(jìn)行設(shè)計，每個小組都詳細(xì)闡明自己的觀點，對自己的設(shè)計方案進(jìn)行論證。
在這個環(huán)節(jié)，老師應(yīng)強調(diào)放開思路，開拓創(chuàng)新，
鼓勵學(xué)生進(jìn)行多途徑思考，全方位構(gòu)思。這樣既加強了學(xué)生們學(xué)習(xí)自覺性、開創(chuàng)性，又培養(yǎng)學(xué)生更多地進(jìn)行綜合思考，得到更多的鍛煉，提高分析和解決復(fù)雜問題的能力。
4)總結(jié)評價。
小組必須在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計開發(fā)任務(wù)。各個小組分別展示各自成果，其他小組學(xué)生提出問題進(jìn)行互動并相互評價，老師給出點評并比較各自設(shè)計的優(yōu)缺點，最后老師進(jìn)行總結(jié)評價。這個環(huán)節(jié)中，教師作為主要參與者，一方面要對知識進(jìn)行系統(tǒng)性的總結(jié)歸納，使學(xué)生對知識的掌握具有條理性，另一方面還要對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式擴(kuò)展，使學(xué)生的知識面更廣，同時對一些難點重點再次進(jìn)行強調(diào)，增加學(xué)生對知識的理解。
3結(jié)語
數(shù)字邏輯是一門理論聯(lián)系實踐比較強的課程，在教學(xué)中采用PBL教學(xué)模式，不僅可以提高學(xué)生掌握知識的能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，還能提高學(xué)生的交流和合作能力。PBL教學(xué)可以使得數(shù)字邏輯課程目標(biāo)更好的實現(xiàn)，能夠引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在實際的教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]季偉東,張軍.數(shù)字邏輯課程的探究性教學(xué)研究與實踐[J].計算機(jī)教育,2010(10):76-78.
[2]付森.PBL教學(xué)法在數(shù)據(jù)庫原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)教育,2010(10):91-93.
[3]賴維瑋.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下PBL教學(xué)模式研究與實踐[J].中國教育信息化,2009(8):72-74.
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