數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

馬漢達(dá)　鮑可進(jìn)

摘要：從實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)背景出發(fā)，分析目前實(shí)驗(yàn)教材存在的問(wèn)題，闡述立體化教材的概念，從實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)思路、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范、數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)資源4個(gè)方面探討數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的體會(huì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路；立體化實(shí)驗(yàn)教材；實(shí)驗(yàn)報(bào)告

0 引言

教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》的第八條明確提出強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)。制訂加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的辦法，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求，分類(lèi)制訂實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，增加實(shí)踐教學(xué)比重，確保各類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)必要的學(xué)分（學(xué)時(shí)），配齊配強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室人員，組織編寫(xiě)一批優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教材，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。“十二五”以來(lái)，這些有關(guān)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革文件的出臺(tái)，表明深化實(shí)踐教學(xué)方法改革，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已經(jīng)到了刻不容緩的地步。教育部指出，要把加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式改革作為專(zhuān)業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教材改革是改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)驗(yàn)教材質(zhì)量的好壞、水平的高低直接影響到學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

1 目前實(shí)驗(yàn)教材存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教材整體上沒(méi)有擺脫依附并服務(wù)于課程的格局，而且以單一的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)教材為主，其他形式的實(shí)驗(yàn)資源比較匱乏，傳統(tǒng)教材能滿(mǎn)足系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，但在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面存在明顯的不足。近年來(lái)，很多高校對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容進(jìn)行了一系列改革，減少了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加了綜合性、研究性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但仍然沒(méi)有脫離課程體系，只是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的修改與增刪，還是按照原有的知識(shí)體系，配合理論教學(xué)而開(kāi)展的輔助性實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，其目的仍然是為了強(qiáng)化理論教學(xué)，幫助學(xué)生鞏固和掌握理論知識(shí)，沒(méi)有把學(xué)習(xí)方法作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)加以重視。在實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容編排上還是按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理，操作步驟與方法這一傳統(tǒng)教材的樣式，并沒(méi)有從引導(dǎo)、啟發(fā)的角度進(jìn)行組織，一些學(xué)校自己印刷的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，離正式出版還有一定的距離，也沒(méi)有其他數(shù)字化的輔導(dǎo)性材料?？傊F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教材，按照粗放而統(tǒng)一的要求，讓學(xué)生“按方抓藥”式地進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力得不到鍛煉。

“十二五”以來(lái)，深化實(shí)踐教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)已引起各高校的重視。同時(shí)，科技的發(fā)展與知識(shí)的更新也促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的改進(jìn)，也促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教材的改進(jìn)。因此，在實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)上，針對(duì)上述問(wèn)題，必須按照學(xué)生的能力體系來(lái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，把信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合作為一個(gè)重要任務(wù)來(lái)抓，在寫(xiě)好傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的同時(shí)，建設(shè)適合開(kāi)放教學(xué)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求的多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

2 數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

學(xué)習(xí)最終還是要?dú)w本的，教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要參考書(shū)和理論依據(jù)，立體化實(shí)驗(yàn)教材主要包括實(shí)驗(yàn)教程（主教材）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、多媒體課件以及其他與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，立體化教材提供了一種綜合性的教學(xué)資源，加快了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系和教學(xué)方法及手段的改革，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，推動(dòng)創(chuàng)新教育模式，教材質(zhì)量的高低會(huì)對(duì)教學(xué)效率以及學(xué)生學(xué)習(xí)水平產(chǎn)生直接的影響。數(shù)字邏輯電路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有一定的獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)軟件的使用、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言等在理論課中很少涉及，因此，開(kāi)發(fā)數(shù)字邏輯電路的立體化實(shí)驗(yàn)教材具有可行性。筆者將從實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)思路、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范、數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)資源等4個(gè)方面來(lái)探討數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)。

2.1 實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)思路

為了配合開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)及適應(yīng)教學(xué)改革的需要，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，要不斷改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教材是關(guān)鍵，為此我們組織技術(shù)骨干編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教材。在數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)上，除了介紹實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論知識(shí)外，堅(jiān)持“以高水平的實(shí)驗(yàn)吸引人、以數(shù)字化的資源方便人”為宗旨，以提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力為目的，尊重學(xué)生的個(gè)性差異和工程素養(yǎng)差異，精心選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

2.2 實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容編排

在實(shí)驗(yàn)大綱允許的范圍內(nèi)，我們采用的方法是“給通才定規(guī)則，給天才留空間”，在實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)過(guò)程中，在大綱規(guī)定的基本要求的基礎(chǔ)上，精心選擇了新穎、有趣，實(shí)用性、可行性較強(qiáng)，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的15個(gè)不同難度的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和5個(gè)典型的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可供不同專(zhuān)業(yè)、不同層次、不同學(xué)時(shí)數(shù)的學(xué)生使用，這些實(shí)驗(yàn)基本包含了本專(zhuān)業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生將教材上的分立知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地、系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試的能力。設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都具有一定的層次性，即同樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單些，也可以設(shè)計(jì)的復(fù)雜些，分層次對(duì)學(xué)生提出要求，對(duì)能力差的學(xué)生，引導(dǎo)其如何將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，把設(shè)計(jì)思想弄清楚，使其有能力完成實(shí)驗(yàn)的基本要求；對(duì)能力強(qiáng)的學(xué)生提出更高要求，采用啟發(fā)式的方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，鼓勵(lì)他們根據(jù)自己的能力，提出多種設(shè)計(jì)方案，體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可伸縮性和開(kāi)放性。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是提高實(shí)驗(yàn)效果的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，只有預(yù)習(xí)充分，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)才會(huì)做到思路清晰。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)質(zhì)量的高低取決于實(shí)驗(yàn)教材的質(zhì)量。為此，在編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教材時(shí)，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目除了常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟外，對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)思考與提高等也提出明確要求。在預(yù)習(xí)要求中明確了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)必須完成的任務(wù)，要求學(xué)生理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、編寫(xiě)或完善實(shí)驗(yàn)代碼等強(qiáng)制性的任務(wù)，從而增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、實(shí)驗(yàn)代碼的理解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)要求，在完成實(shí)驗(yàn)的基本要求后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)思考與提高來(lái)提高學(xué)生的分析與設(shè)計(jì)能力。例如，在進(jìn)行7人表決器電路的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)方法很多，可以使用原理圖方法實(shí)現(xiàn)，還可以使用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，而使用VHDL語(yǔ)言可以使用行為描述、結(jié)構(gòu)描述、數(shù)據(jù)流描述3種方法。在實(shí)驗(yàn)思考與提高中，要求學(xué)生比較各種實(shí)現(xiàn)方法的區(qū)別，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)提出更高的要求，如要求將表決結(jié)果在數(shù)碼管顯示出來(lái)、7個(gè)人中有一個(gè)人具有否決權(quán)、限制表決時(shí)間等提高要求，要求學(xué)生修改代碼實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，從而加深對(duì)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的理解和硬件描述語(yǔ)言描述組合邏輯電路的方法。endprint

2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式的規(guī)范

“問(wèn)題式”教學(xué)或“任務(wù)式”教學(xué)是經(jīng)常采用的有效的教學(xué)方式，有利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善以往被迫學(xué)習(xí)的方式，變被動(dòng)為主動(dòng)，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力。計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，強(qiáng)調(diào)的是“做中學(xué)”，就是指在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程去學(xué)習(xí)，在完成報(bào)告中去加深理解。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的記錄、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)中，我們規(guī)范了實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容和要求，并單獨(dú)印刷成冊(cè)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)上，改變以往使用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙的形式，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中不需要學(xué)生抄寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容，而是將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)成各種不同的任務(wù)，按照實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)完成這些任務(wù)時(shí)就完成了實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在報(bào)告中，只需寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)代碼的關(guān)鍵部分，調(diào)試實(shí)驗(yàn)代碼、畫(huà)出實(shí)驗(yàn)的仿真波形、寫(xiě)出設(shè)計(jì)中的管腳分配關(guān)系，使用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，回答實(shí)驗(yàn)思考題，從而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，提高設(shè)計(jì)能力。通過(guò)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所發(fā)生的現(xiàn)象，有利于加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶，促使學(xué)生重視基本技能的學(xué)習(xí)及應(yīng)用。一份高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)能反映出學(xué)生的綜合素質(zhì)，如高度的注意力、敏銳的觀察力、豐富的想象力、準(zhǔn)確的判斷力、科學(xué)的思維能力和正確的表示能力。

2.4 開(kāi)發(fā)豐富的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源是立體化實(shí)驗(yàn)教材的重要組成部分，可以解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)單一的問(wèn)題，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)時(shí)，要避免實(shí)驗(yàn)教材的電子化，開(kāi)發(fā)能滿(mǎn)足創(chuàng)新人才培養(yǎng)、適應(yīng)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的多媒體實(shí)驗(yàn)資源，使學(xué)生能借助校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用數(shù)字化資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、討論，甚至自行提出實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)后總結(jié)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助平臺(tái)，主要包含實(shí)驗(yàn)儀器的使用、開(kāi)發(fā)軟件的使用，實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決辦法，讓學(xué)生借助輔助平臺(tái)解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，這樣減輕了教師的指導(dǎo)工作，同時(shí)也為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供條件。學(xué)生通過(guò)對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的有效利用，革新了傳統(tǒng)“按部就班”式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)師生積極參與實(shí)踐活動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)中提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語(yǔ)

立體化實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化、網(wǎng)絡(luò)化。整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)要素的配置，是一種新型的整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決方案，不僅充分考慮到任課教師的教學(xué)需要和學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，還能促進(jìn)教學(xué)改革的不斷深入，促進(jìn)教學(xué)水平的不斷進(jìn)步和教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。數(shù)字邏輯電路立體化實(shí)驗(yàn)教材的紙質(zhì)教材、實(shí)驗(yàn)報(bào)告已使用了兩年，電子課件以及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源及輔助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也在實(shí)踐中得到完善，滿(mǎn)足了個(gè)性化、層次化、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，有利于大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也為培養(yǎng)適應(yīng)信息化社會(huì)學(xué)習(xí)、生活和工作的高素質(zhì)人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前《數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程》已作為高等院校實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐系列示范教材在清華大學(xué)出版社出版，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程的實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)具有一定的示范作用。

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