数字逻辑课程教学研究论文

时间:2020-11-24 09:29:36 其他类论文 我要投稿

数字逻辑课程教学研究论文

  “数字逻辑”课程是理工类专业的技术基础课,从计算机的层次结构上讲,“数字逻辑”是深入了解计算机“内核”的一门最关键的基础课程,同时也是一门实践性很强的课程[1]。其任务是使学生掌握数字逻辑与系统的工作原理和分析方法,能对主要的逻辑部件进行分析和设计,学会使用标准的集成电路和高密度可编程逻辑器件,掌握数字系统的基本设计方法,为进一步学习各种超大规模数字集成电路的系统设计打下基础。

数字逻辑课程教学研究论文

  pbl全称为problem—basedlearning,被翻译成“基于问题学习”或“问题式学习”。其基本思路是以问题为基础来展开学习和教学过程[2]。pbl教学法是以问题为基础,以学生为主体,以小组讨论形式,在老师的参与和指导下,围绕某一具体问题开展研究和学习的过程,培养学生独立思考能力[3]。如今pbl教学已经成为美国教育中最重要和最有影响力的教学方法。

  一、研究背景

  1.数字逻辑课程的内容及其教学中存在的问题

  数字逻辑课程的主要内容包括数字逻辑基础和数字电路两个部分,在学习过程中学生应把握好这两条贯穿整个课程的主线。数字逻辑基础是研究数字电

  路的数学基础,教师在教学中应使学生明确数字电路中逻辑变量的概念,掌握逻辑代数(布尔代数)的基本运算公式、定理,能够熟练对逻辑函数进行化简。数字电路是解决逻辑问题的硬件电路,包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两种基本形式。对于每一种电路形式,教师应指导学生从基本单元电路入手,熟悉其常用中规模集成电路的原理及使用方法,掌握数字电路(组合和时序电路)的分析和设计方法,并了解数字系统的现代设计方法。

  我们根据教学内容,总结数字逻辑课程具有以下几个特点:

  1)数字逻辑课程是一门既抽象又具体的课程。在逻辑问题的提取和描述方面是抽象的,而在逻辑问题的实现上是具体的。因此,学习中既要务虚,又要务实。

  2)理论知识与实际应用紧密结合。该课程各部分知识与实际应用直接相关,学习中必须将理论知识与实际问题联系起来,真正培养解决实际问题的能力。

  3)逻辑设计方法灵活。许多问题的处理没有固定的方法和步骤,很大程度上取决于操作者的逻辑思维推理能力、知识广度和深度、以及解决实际问题的能力。换而言之,逻辑电路的分析与设计具有较大的弹性和可塑性。

  基金项目:黑龙江省智能教育与信息工程重点实验室项目;黑龙江省计算机应用技术重点学科;黑龙江省教育厅科学研究项目。

  作者简介:季伟东,男,讲师,研究方向为计算机教学、并行计算。

  笔者发现在实际教学过程中存在以下一些问题。

  1)在教学方式上,很多教师仍然在以“满堂灌”的教学方式为主,整堂课以教师为中心,教师将书本上现成的内容、公式、定理、结论讲授给学生,这使学生不能主动地去思考和探索,只能机械地记忆若干公式定理结论,长期下去会使学生失去学习兴趣。

  2)在实验实践环节上,一些教师侧重理论知识的讲授,忽视实验实践环节,致使学生在面对具体应用问题时手忙脚乱,不知道如何运用所学的知识去解决问题。在实验方案的选择上,一些教师以传统实验为主,扩展性不足,使学生无法与实际工程项目接轨,不能很好地解决实际问题。

  二、教学的内涵

  在传统教学中,我们习惯于把知识的获得和应用看成是教学中两个独立的阶段。实际上,知识的应用并不是知识的套用,在应用知识解决有关问题的过程中,学习者常常需要针对当前的具体问题进行具体分析,在原有知识的基础上建构出解决当前问题的方案。因此,应用知识解决问题的过程同样是一个建构过程,在解决问题的过程中,学习者需要对问题背后所隐含的基本关系、基本规律做思考、分析、考察,从而建构起相应的知识。

  以问题为导向的教学方法(pbl)是基于现实世界的`以学生为中心的教育方式,与传统的以学科为基础的教学法有很大不同,pbl强调以学生的主动学习为主,而不是传统教学中的以教师讲授为主;pbl将学习与更大的任务或问题挂钩,使学习者投入于问题中;它设计真实性任务,强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中,通过学习者的自主探究和合作来解决问题,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。

  当今的建构主义者越来越重视问题在学习中的作用,以问题为中心,以问题为基础,让学生通过解决问题来学习,通过高水平的思维来学习,这是当今教学改革的重要思路。

  三、教材选择

  针对pbl教学法,根据计算机工程专业的特点,笔者选择由欧阳星明主编、华中科技大学出版社出版的《数字逻辑》(第四版)作为基础教材,由欧阳星明主编、人民邮电出版社出版的《数字电路逻辑设计》作为参考教材。选择教材的目的是理论和实践相结合,每本教材各有其侧重点。

  在“基于问题学习”模式的课堂中,教师是指导者,学生是活动的主体,它要求学生要会主动地去寻找学习中的问题,然后带着问题,在自己能力所及的范围内概括和应用知识,运用各种已有的知识和科学的方法去分析问题和解决问题。其教学目标立足于培养学生灵活的知识基础,发展高层次思维能力、自主学习能力以及合作学习能力。基于问题学习体现在课堂上,最突出的特点就是促使学生积极参与到学习中去,成为积极主动的学习者,从而去努力学习新的知识和技能,并能逐渐把所学知识整合,最终达到用知识来解决问题的目的。

  作者在多年教学经验基础上,针对pbl教学模式,提出“2+2”教学方案,包括4个教学环节:提出问题→解决问题→方案讨论→总结评价。

  在上述4个环节中,教师主要参与提出问题环节和总结评价环节,学生主要参与解决问题环节和方案讨论环节。下面具体说明各个环节的设置。

  1、提出问题。

  提出问题环节是教学方案中的第一个环节,也是教师参与的第一个环节。在这个环节中教师应该根据所讲课程内容的不同设计出不同的问题,好的问题是整个学习过程中的关键。一个好的问题能够充分调动学生自主学习能力以及合作学习能力,使学生参与到学习过程中,调动学生学习热情。

  笔者讲到组合逻辑电路设计时,提出的问题是设计一个全加器,用硬件描述语言vhdl进行描述并在试验箱上进行实现,同时还给出一个已经设计好的参考例程,共学生参考学习;在讲到时序逻辑电路设计时,提出的问题是设计一个汽车尾灯控制器,并对选用的逻辑门器件进行了要求。

  这个环节的实施能够提高学生的学习积极性,使学生产生学习需求,培养了学生的问题意识。

  2、解决问题。

  解决问题环节是以学生为主体的环节,是学生对老师提出的问题进行解决。在这个环节中,老师首先对学生进行分组,根据学生学习情况,以5~7个人为一组。学生接受任务后学习兴趣提高,小组成员进行分工,采取各种方法来完成任务。每个小组共同学习,学习好的同学带动大家一起学习,互相帮助,学生变被动为主动,主动地思考和探索老师所提出的问题,在解决问题的过程中进行学习。在实际解决问题过程中,学生将面临一些困难,如逻辑器件的选择上、语言的描述上、具体问题的实现上,等等。

  通过这一环节,教师也感受到同学们的想象力、创造力和动手能力等都是非常强的。

  3、方案讨论。

  在方案讨论这个环节中,学生根据学习到的知识对自己所设计的方案进行讨论,积极发言,提出自己的见解,说明自己的理由。教师根据学生们的发言,指出其合理的地方,对其不足的地方进行指正,引导学生解决问题。如在全加器的设计问题中,有的小组采用的是多种逻辑门电路进行设计,有的小组基于经济问题考虑,只采用与非门电路来进行设计,每个小组都详细阐明自己的观点,对自己的设计方案进行论证。

  在这个环节,老师应强调放开思路,开拓创新,

  鼓励学生进行多途径思考,全方位构思。这样既加强了学生们学习自觉性、开创性,又培养学生更多地进行综合思考,得到更多的锻炼,提高分析和解决复杂问题的能力。

  4、总结评价。

  小组必须在规定时间内完成设计开发任务。各个小组分别展示各自成果,其他小组学生提出问题进行互动并相互评价,老师给出点评并比较各自设计的优缺点,最后老师进行总结评价。这个环节中,教师作为主要参与者,一方面要对知识进行系统性的总结归纳,使学生对知识的掌握具有条理性,另一方面还要对学生进行启发式扩展,使学生的知识面更广,同时对一些难点重点再次进行强调,增加学生对知识的理解。

  3、结语

  数字逻辑是一门理论联系实践比较强的课程,在教学中采用pbl教学模式,不仅可以提高学生掌握知识的能力和培养学生的创造性思维能力,还能提高学生的交流和合作能力。pbl教学可以使得数字逻辑课程目标更好的实现,能够引导学生自主学习,在实际的教学中,取得了良好的教学效果。

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