盛法生　石向榮　

文章編號(hào)：1672-5913(2009)02-0094-02

摘 要：本文從培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，分析了“數(shù)字邏輯”課程現(xiàn)代化教學(xué)模式的應(yīng)用，并對(duì)課堂教學(xué)的組織與設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新等方面作了詳細(xì)的討論，運(yùn)用現(xiàn)代教育科學(xué)理論和方法探索和構(gòu)建了一種具有時(shí)代特色的創(chuàng)新教育模式。

關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；EDA

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 改革教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，構(gòu)建創(chuàng)新教育平臺(tái)

數(shù)字邏輯是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論知識(shí)的傳授是為應(yīng)用服務(wù)的，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力是教學(xué)的首要目的。根據(jù)數(shù)字邏輯教學(xué)大綱及指定教材的要求，我們對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容去粗取精，提出課程章、節(jié)的結(jié)構(gòu)體系，從數(shù)字電路的邏輯特性、電路特點(diǎn)和組合優(yōu)化等方面去組織教學(xué)，突出重點(diǎn)，深入淺出。通過(guò)多媒體課件把文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫、影像等多種媒體綜合起來(lái)，創(chuàng)造生動(dòng)、活潑、有趣的教學(xué)情景，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，以隨機(jī)性、靈活性、全方位、立體化的方式把知識(shí)形象生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)的效率和質(zhì)量。

如何引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)加強(qiáng)實(shí)踐，是教學(xué)中的另一個(gè)重要問(wèn)題。目前我國(guó)工科類學(xué)生普遍存在重理論輕實(shí)踐的傾向，缺乏解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和協(xié)調(diào)、管理的素質(zhì)。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，既有客觀的原因，也有認(rèn)識(shí)上的偏差。在國(guó)外高校，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)很多采用了EDA技術(shù)，例如美國(guó)斯坦福大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)大多是基于FPGA器件的，學(xué)生反映易學(xué)、方便，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成功率高，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，教學(xué)效果好。眾所周知，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在現(xiàn)代教育中占有非常重要的地位，是高校理工科教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)，它可以使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)計(jì)算機(jī)硬件理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能至關(guān)重要。因此在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件下，如何充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)最有效的作用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程達(dá)到“最優(yōu)化”，一直以來(lái)是我們比較關(guān)心的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目標(biāo)，學(xué)院根據(jù)高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，按照學(xué)校辦學(xué)指導(dǎo)思想，提出了建設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)優(yōu)勢(shì)突出，多學(xué)科互相滲透的教學(xué)研究型學(xué)院，重點(diǎn)加大對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題能力、組織協(xié)調(diào)和管理能力及團(tuán)隊(duì)合作精神等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，引進(jìn)EDA先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，配置充足的教學(xué)場(chǎng)所，教師精心編寫實(shí)驗(yàn)教材，組織安排實(shí)驗(yàn)等建立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了硬件電路創(chuàng)新教育平臺(tái)。通過(guò)一系列的教學(xué)過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)硬件知識(shí)的理解，提高他們的操作水平和實(shí)踐技能。根據(jù)最優(yōu)化教學(xué)模式，強(qiáng)化學(xué)生的綜合訓(xùn)練，包括問(wèn)題分析、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的基本技能和技巧，多人合作，以致工作規(guī)范的訓(xùn)練和科學(xué)作風(fēng)的培養(yǎng)這一原則。

圍繞上述目標(biāo)，結(jié)合數(shù)字邏輯教學(xué)實(shí)際情況，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革進(jìn)行了創(chuàng)新和實(shí)踐，積極鼓勵(lì)學(xué)生開展自行設(shè)計(jì)和實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情，把培養(yǎng)創(chuàng)新人才落實(shí)到實(shí)處；EDA技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)硬件電路基礎(chǔ)的重要內(nèi)容，是電子技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)的一個(gè)重要組成部分，其目的和任務(wù)是通過(guò)實(shí)踐訓(xùn)練，要求學(xué)生初步掌握基于EDA技術(shù)的基本電路設(shè)計(jì)方法；了解常用硬件描述語(yǔ)言的使用特點(diǎn)、編程方法和仿真測(cè)試技術(shù)，特別是初步掌握VHDL的編程技術(shù)和硬件描述方法；學(xué)會(huì)使用一種EDA工具軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)用、測(cè)試和綜合優(yōu)化；同時(shí)對(duì)硬件描述語(yǔ)言VHDL的發(fā)展和對(duì)FPGA/CPLD的集成規(guī)模及應(yīng)用特性的發(fā)展有一個(gè)了解，從而促進(jìn)數(shù)字邏輯教學(xué)效率的提高。同時(shí)，注重提高教師創(chuàng)新教育的指導(dǎo)能力，增加教師對(duì)創(chuàng)新教育有關(guān)內(nèi)容的體驗(yàn)與培訓(xùn)。

2 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，推進(jìn)課堂指導(dǎo)教學(xué)

如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是數(shù)字邏輯課程重點(diǎn)要考慮的問(wèn)題，應(yīng)圍繞計(jì)算機(jī)的工作原理及實(shí)際系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，突出數(shù)字邏輯課程內(nèi)容的重點(diǎn)分別進(jìn)行講述。例如，對(duì)基本的數(shù)字電路，重點(diǎn)介紹典型的邏輯門、觸發(fā)器及外部邏輯特性；講解組合電路時(shí)，著重介紹計(jì)算機(jī)中常用的基本芯片，如譯碼器、加法器、代碼轉(zhuǎn)換器等；講述時(shí)序邏輯電路時(shí)，著重介紹同步時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)方法，并介紹計(jì)算機(jī)最基本的器件——寄存器、計(jì)數(shù)器、序列檢測(cè)器等；在講述中大規(guī)模集成電路時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)介紹多位運(yùn)算器、RAM、ROM、EPROM等電路的邏輯結(jié)構(gòu)、工作原理及在計(jì)算機(jī)中的作用；在討論可編程邏輯器件時(shí)，著重介紹PLD、CPLD和FPGA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和分類方法，以其編程原理。

在講具體電路的操作時(shí)，可以根據(jù)數(shù)字電路的不同特點(diǎn)及工作原理，以及電路仿真設(shè)計(jì)的基本方法，利用Multisim 2001仿真軟件進(jìn)行門電路應(yīng)用設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯應(yīng)用電路設(shè)計(jì)等等電路的仿真和演示，以及通過(guò)動(dòng)畫演示給學(xué)生留下深刻的印象，極大地豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，有力地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

此外還要注意課后作業(yè)的重要性。課后作業(yè)不是課堂教學(xué)的簡(jiǎn)單重復(fù)，而應(yīng)是課堂的擴(kuò)展和深入。適量地向?qū)W生介紹一些相關(guān)的參考書目，讓學(xué)生課后自學(xué)，獨(dú)立鉆研，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的積極性。

在教與學(xué)的雙向互動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)該積極實(shí)現(xiàn)以教師為中心、以課程為中心、以教材為中心向以教師為指導(dǎo)、以學(xué)生為中心的模式轉(zhuǎn)變；積極推進(jìn)啟發(fā)式、討論式、交互式、實(shí)踐式、自主式等教學(xué)方法，并輔以網(wǎng)絡(luò)課堂教育，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自我獲取知識(shí)的能力；從各個(gè)層面檢查教學(xué)的實(shí)際效果，綜合考核學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)，形成對(duì)教學(xué)過(guò)程的促進(jìn)作用，保證人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 重視基本技能訓(xùn)練，鼓勵(lì)創(chuàng)新勇于實(shí)踐

在重視理論教育的同時(shí)，必須加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作和動(dòng)手能力。理論與實(shí)踐相結(jié)合歷來(lái)都是基本的、重要的教育方法。為了提高學(xué)生的電子設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力，我們對(duì)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行了改革。依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，結(jié)合課程的培養(yǎng)目標(biāo)，側(cè)重在實(shí)踐能力上選擇和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具有理解數(shù)字邏輯的基本概念、常用儀器的使用方法、利用EDA設(shè)計(jì)較復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)等能力。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室配備有滿足數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)箱和EDA系統(tǒng)，并配有邏輯分析儀、示波器、計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)軟件等工具，學(xué)生所有的實(shí)驗(yàn)操作都在實(shí)驗(yàn)箱上完成。EDA系統(tǒng)的核心板主芯片采用EP1C6Q240，支持JTAG和AS下載模式。軟件開發(fā)平臺(tái)使用QUARTUSII 6.0，在該集成環(huán)境下，可以完成設(shè)計(jì)的不同輸入。QUARTUSII支持原理圖輸入、VHDL、Verilog HDL以及第三方工具輸入方式。利用圖表模塊編輯器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，完成各子系統(tǒng)的功能劃分?？梢赃M(jìn)行延時(shí)分析，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。最后實(shí)現(xiàn)下載編程文件和測(cè)試電路。

試驗(yàn)教學(xué)具體時(shí)序，學(xué)生首先必須在實(shí)驗(yàn)室完成基本實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自由選題，自由組隊(duì)。一般兩個(gè)人組成一個(gè)開發(fā)小組，選擇一個(gè)難易適當(dāng)能夠及時(shí)完成的項(xiàng)目。確定預(yù)定目標(biāo)，設(shè)計(jì)各模塊電路，制作電路板，調(diào)試電路和測(cè)試電路，并進(jìn)行功能演示，最后撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。

實(shí)訓(xùn)報(bào)告是反映一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況的重要材料，要求報(bào)告必須準(zhǔn)確并且充分反映學(xué)生自己完成的工作，該報(bào)告作為與項(xiàng)目組成員交流的材料，同時(shí)也是自己進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要文檔。具體的內(nèi)容包括題目和文本程序、軟件編譯、仿真分析、硬件測(cè)試與實(shí)驗(yàn)過(guò)程、程序分析、仿真波形、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及建議，并在報(bào)告附錄提供電路原理圖。

由于實(shí)踐教學(xué)改革的內(nèi)容和方式都有較大的變化，老師和學(xué)生都有一個(gè)適應(yīng)的過(guò)程。如何指導(dǎo)學(xué)生正確開展實(shí)踐。按時(shí)完成項(xiàng)目計(jì)劃，保證教學(xué)質(zhì)量，這對(duì)教師提出了更高要求。如何做到讓學(xué)生選擇自己喜愛的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并能一舉成功，使他們?cè)趯?shí)際操作過(guò)程中獲得真實(shí)的感受，并學(xué)到實(shí)驗(yàn)操作知識(shí)，這也是一個(gè)需要認(rèn)真研究、不斷完善的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)字邏輯教學(xué)實(shí)踐中，課堂教學(xué)突出重點(diǎn)，雙語(yǔ)教育注重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，樹立學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，喚起學(xué)生的創(chuàng)新潛能，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新嘗試，應(yīng)用愉快教學(xué)、互動(dòng)教學(xué)、多媒體教學(xué)等教學(xué)手段，以最優(yōu)的組合完成教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生既能學(xué)到新的知識(shí) 又可掌握學(xué)習(xí)的技能，達(dá)到提高學(xué)生素質(zhì)的目的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)壓縮了基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大了利用EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)因材施教，在難易程度方面要求做到量力而行，使其在掌握基本理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合本人的興趣，從實(shí)際應(yīng)用中選擇具有應(yīng)用背景的實(shí)驗(yàn)題目，分組進(jìn)行，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，這樣一方面鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，另一方面也加強(qiáng)了他們交流與團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。學(xué)習(xí)是一個(gè)吸收、理解并掌握新知識(shí)的過(guò)程，學(xué)生最后是否掌握知識(shí)，體現(xiàn)在能不能分析和解決實(shí)際問(wèn)題上。另外，理論與實(shí)際相結(jié)合，確實(shí)能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鞏固其所學(xué)知識(shí)。

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