張明新

[摘 要] 在學(xué)科與專業(yè)背景下，探討以問題為導(dǎo)向的教學(xué)改革設(shè)計(jì)，形成探究式教學(xué)過程，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、長(zhǎng)期的關(guān)注力，再通過問題的解決方案實(shí)現(xiàn)，從而促進(jìn)專業(yè)知識(shí)體系的形成和專業(yè)素質(zhì)、專業(yè)能力的提升。

[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)字邏輯；教學(xué)改革；問題設(shè)計(jì)；關(guān)注力

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）19-0080-02

一、引言

數(shù)字電路課程是電子類學(xué)科重要的基礎(chǔ)課程，具有理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的特點(diǎn)，數(shù)字電路一般開設(shè)在較早的低年級(jí)階段，是進(jìn)入專業(yè)課程結(jié)構(gòu)體系學(xué)習(xí)的開端，此時(shí)，在專業(yè)介紹的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建專業(yè)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，輔以有關(guān)課程設(shè)計(jì)，以及知識(shí)綜合應(yīng)用的專業(yè)設(shè)計(jì)，不僅能夠增進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)本身的認(rèn)識(shí)和理解，也能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的更好把握，學(xué)什么、怎樣學(xué)的問題就更加明晰。通過專業(yè)設(shè)計(jì)模式的教學(xué)改革[1-4]，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)關(guān)注力。

以數(shù)字電路課程為先導(dǎo)，結(jié)合后繼專業(yè)課程形成以專業(yè)設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的探究式、系統(tǒng)性的教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)，通過問題的驅(qū)動(dòng)有效促進(jìn)學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)與知識(shí)創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

二、數(shù)字電路課程教學(xué)的分析與研究

電路可以總括為模擬電路和數(shù)字電路，從1906年電子管誕生后人類進(jìn)入電子時(shí)代，之后相繼研發(fā)出半導(dǎo)體器件和集成電路器件，人類又進(jìn)入數(shù)字時(shí)代。在此背景下，數(shù)字電路課程（也稱邏輯電路，或數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)課程等名稱）的內(nèi)容得到不斷發(fā)展和補(bǔ)充，近幾十年來，該課程的主要內(nèi)容仍然是邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、門電路及其設(shè)計(jì)原理，組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，以及專用功能的邏輯電路，如模數(shù)/數(shù)模電路等，但新的技術(shù)也不斷補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容，如可編程邏輯電路知識(shí)等。

對(duì)電子類學(xué)科或?qū)I(yè)而言，除基礎(chǔ)理論研究外，一個(gè)突出的特點(diǎn)就是知識(shí)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，特別是數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用極其廣泛，而電子技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)按功能結(jié)構(gòu)一般可以分為三個(gè)大模塊，即控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、接口。數(shù)字邏輯課程涉及的知識(shí)，主要應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)模塊、接口電路中。為此，在教學(xué)過程中，除了講授專業(yè)知識(shí)和技術(shù)外，還要結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)，并圍繞課程設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用性分析。

三、以問題導(dǎo)向的探究式教學(xué)改革

探究式教學(xué)應(yīng)從課程和專業(yè)兩個(gè)層面進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)和專業(yè)設(shè)計(jì)，通過問題設(shè)計(jì)，建立相應(yīng)的可行性技術(shù)方案，將專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系起來。問題設(shè)計(jì)要以課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，專業(yè)設(shè)計(jì)為提升的目標(biāo)，在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，采用先行導(dǎo)入的方式，即在首門專業(yè)課程教學(xué)開始的時(shí)候，或開設(shè)專門的導(dǎo)入課程，來部署問題設(shè)計(jì)方案，這樣能夠改變傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，從而激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)或主動(dòng)學(xué)習(xí)。

課程設(shè)計(jì)主要是促進(jìn)學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)和自我學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)與知識(shí)創(chuàng)造應(yīng)用能力的培養(yǎng)。例如，數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)，應(yīng)放在學(xué)科或?qū)I(yè)的背景進(jìn)行分析研究，突出課程知識(shí)的學(xué)習(xí)外，還要構(gòu)建相關(guān)課程知識(shí)的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生初步構(gòu)建專業(yè)意識(shí)，以及知識(shí)學(xué)習(xí)、知識(shí)應(yīng)用的全面性和系統(tǒng)性。

專業(yè)設(shè)計(jì)主要是將相關(guān)課程知識(shí)融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)技能綜合培養(yǎng)。在實(shí)施問題導(dǎo)向的教學(xué)實(shí)踐中，要構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)目標(biāo)，組織保障，以及相關(guān)設(shè)計(jì)原則等措施，推進(jìn)教學(xué)改革的良性發(fā)展。

（一）基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境評(píng)價(jià)

教學(xué)環(huán)境是實(shí)施教學(xué)的基本資源，如師資隊(duì)伍、學(xué)生的組織與管理、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、見習(xí)實(shí)習(xí)場(chǎng)地等校內(nèi)外教學(xué)資源，這也是進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的基本要素，影響到課程設(shè)計(jì)的范圍、難易程度、可行性等，進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)就是確定課程設(shè)計(jì)的可行性方案內(nèi)容之一。

就師資隊(duì)伍而言，要組織好理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)指導(dǎo)等分工，進(jìn)而在課程設(shè)計(jì)、專業(yè)設(shè)計(jì)中承擔(dān)具體任務(wù)分工，以及對(duì)學(xué)生進(jìn)行組織、部署和實(shí)施設(shè)計(jì)任務(wù)。

（二）制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃

對(duì)課程設(shè)計(jì)和專業(yè)設(shè)計(jì)的方案，要部署學(xué)生的學(xué)習(xí)計(jì)劃，要求學(xué)生在教學(xué)進(jìn)程中，完成階段性或整體目標(biāo)任務(wù)，在學(xué)習(xí)過程中動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。

（三）實(shí)施成效評(píng)價(jià)

建立考核目標(biāo)，確立考核方式。按照課程設(shè)計(jì)和專業(yè)設(shè)計(jì)的方案，建立考核目標(biāo)評(píng)測(cè)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生在知識(shí)掌握和應(yīng)用能力等方面上進(jìn)行目標(biāo)考核，可以結(jié)合傳統(tǒng)的考試、考查等方式，來對(duì)知識(shí)掌握情況進(jìn)行測(cè)試；而對(duì)知識(shí)應(yīng)用能力上，如通過答辯等形式對(duì)應(yīng)用設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)，加強(qiáng)在教學(xué)進(jìn)程中的動(dòng)態(tài)測(cè)評(píng)和觀測(cè)評(píng)價(jià)。

（四）組織保障

建立領(lǐng)導(dǎo)組織機(jī)構(gòu)，抓教學(xué)改革的實(shí)施。在學(xué)生組織管理上，可采用學(xué)習(xí)小組模式，圍繞設(shè)計(jì)目標(biāo)，定期開展學(xué)習(xí)交流研討，加強(qiáng)學(xué)生交流合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

（五）課程設(shè)計(jì)的原則

課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)：以學(xué)生學(xué)習(xí)和問題導(dǎo)向?yàn)橹行倪M(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，學(xué)生學(xué)習(xí)為中心就是強(qiáng)調(diào)課程的組織形式要產(chǎn)生于學(xué)生的需要、興趣和目的；問題導(dǎo)向中心的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)集體的作用，學(xué)生在追求興趣的過程中，會(huì)碰到某些必須加以克服的困難和障礙，把困難構(gòu)成真正的、學(xué)生渴望以挑戰(zhàn)而接受的問題[5]，從而聚集力量來解決問題。

課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為三個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)，一是實(shí)現(xiàn)任務(wù)的原理和技術(shù)準(zhǔn)備及其分析，形成明確的技術(shù)路線；二是應(yīng)用設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的技術(shù)方案，三是動(dòng)手搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)功能。

課程設(shè)計(jì)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、組織、實(shí)施、評(píng)價(jià)、修訂，以最終達(dá)到課程教學(xué)目的。課內(nèi)與課外相結(jié)合，問題設(shè)計(jì)中所涉及的知識(shí)結(jié)構(gòu)，除了課程中的知識(shí)外，必然也涉及一定的課外知識(shí)和技術(shù)等內(nèi)容，并明確這部分知識(shí)的獲取方法和途徑，以便學(xué)生能夠在課余進(jìn)行自學(xué)，以期鍛煉與培養(yǎng)學(xué)生探求新知識(shí)的方法和能力。階段性與整體性相結(jié)合，因?yàn)閱栴}設(shè)計(jì)是面向?qū)I(yè)學(xué)習(xí)過程，階段性目標(biāo)要明晰，并要明確該目標(biāo)在整體中的關(guān)系。教學(xué)與研討相結(jié)合，隨著教學(xué)的推進(jìn)，要圍繞問題進(jìn)行分析與研討，對(duì)階段性的目標(biāo)完成情況進(jìn)行總結(jié)，促進(jìn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（六）專業(yè)設(shè)計(jì)的方法

專業(yè)設(shè)計(jì)是建立在課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，盡可能涵蓋更多的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)行方案規(guī)劃。此時(shí)，通過幾年課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后，學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)研究能力，以及解決問題的能力都具有一定的水平，專業(yè)設(shè)計(jì)確定具體任務(wù)要求和目標(biāo)，就可以組織學(xué)生開展專業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。當(dāng)然，對(duì)能力較弱的學(xué)生或?qū)W習(xí)小組，就要針對(duì)具體情況給出詳細(xì)的專業(yè)設(shè)計(jì)方案，并指導(dǎo)他們進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)。

此時(shí)，專業(yè)設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括：（1）問題的導(dǎo)入分析，將任務(wù)目標(biāo)明確到課程所涉及的知識(shí)、技術(shù)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)；（2）圍繞任務(wù)目標(biāo)，進(jìn)一步明確課程設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線；（3）解決問題的技術(shù)集成，形成專業(yè)設(shè)計(jì)方案。

探索以問題導(dǎo)向的探究式教學(xué)改革，關(guān)鍵在于課程設(shè)計(jì)和專業(yè)設(shè)計(jì)上，并輔助于計(jì)劃、組織、實(shí)施、評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)，著力激發(fā)學(xué)生自主能力、學(xué)習(xí)興趣，以及學(xué)習(xí)關(guān)注力，開闊知識(shí)視野，培養(yǎng)知識(shí)應(yīng)用綜合技能，訓(xùn)練創(chuàng)新思維。

四、案例設(shè)計(jì)分析

就電子類專業(yè)而言，培養(yǎng)方案所涉及的課程主要有這樣幾種類型：電子類專業(yè)知識(shí)課程，如數(shù)字電路、線性電路等；與之結(jié)合的控制類課程，如微機(jī)原理、單片機(jī)、程序設(shè)計(jì)等；以及人文素養(yǎng)類課程等。好的設(shè)計(jì)方案能夠涵蓋這些課程，或者包含更多的主要課程知識(shí)內(nèi)容，從而系統(tǒng)地融合專業(yè)知識(shí)架構(gòu)，使學(xué)生能夠更深刻地理解專業(yè)特點(diǎn)，促進(jìn)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)。

本案例以幼兒益智產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)為例進(jìn)行分析。

（一）功能分析

該任務(wù)分為應(yīng)用功能和設(shè)計(jì)功能等方面。應(yīng)用功能就是實(shí)現(xiàn)幼兒在家長(zhǎng)的引導(dǎo)下，感知數(shù)字符號(hào)和音樂樂符，可以結(jié)合聲光特效增強(qiáng)感知效果。

設(shè)計(jì)功能分為輸入模塊、處理模塊、輸出模塊，以及輔助設(shè)計(jì)功能等。輸入模塊，包括鍵盤設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、接口實(shí)現(xiàn)等。處理模塊，包括程序設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)（如單片機(jī)）等。輸出模塊，包括聲/光效果處理、顯示屏幕、接口實(shí)現(xiàn)等。產(chǎn)品定型，完成可用性時(shí)要考慮幾個(gè)方面，如外形材料、產(chǎn)品安全等。

（二）課程設(shè)計(jì)

從功能分析可知，該案例涉及許多課程知識(shí)和課程外相關(guān)技術(shù)，程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字電路等課程。

就案例中接口技術(shù)的要求，更多地集中在數(shù)字電路課程知識(shí)的應(yīng)用，主要包括電路狀態(tài)的鎖存、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ捞幚怼⒙曇襞c光控制與驅(qū)動(dòng)等，為此，在對(duì)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)時(shí)，要求設(shè)計(jì)若干任務(wù)目標(biāo)，明確完成相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證[6]。

五、方案優(yōu)化

（一）功能擴(kuò)展

方案設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，也可以從也應(yīng)用功能和設(shè)計(jì)功能分別進(jìn)行擴(kuò)展，增加更多功能，實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)用性。如在本案例中，通過功能擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)拼音字母的認(rèn)識(shí)，或英文字母的識(shí)字等；對(duì)設(shè)計(jì)功能上的擴(kuò)展是要增強(qiáng)應(yīng)用功能為目的擴(kuò)展，對(duì)幼兒的體重、身高測(cè)量，以及手或手指的力量測(cè)量等功能，這又涉及數(shù)據(jù)處理功能擴(kuò)展，就要增加接口（藍(lán)牙、無線、USB等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移，同時(shí)，內(nèi)含軟件功能的升級(jí)等。

（二）優(yōu)選

從上述分析看到，就某個(gè)具體功能可能有多種實(shí)現(xiàn)方法，如鍵盤設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行選定最終實(shí)現(xiàn)，就需要優(yōu)選，選擇的主要因素不僅涉及技術(shù)層面的知識(shí)，還能體現(xiàn)學(xué)生的社會(huì)人文素養(yǎng)，包括節(jié)能意識(shí)、安全、降低成本問題等綜合素質(zhì)。

六、總結(jié)

作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，數(shù)字電路課程對(duì)學(xué)生建立專業(yè)知識(shí)體系具有十分重要的作用，切入以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式的改革，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)關(guān)注力，再通過問題的解決方案實(shí)現(xiàn)，更有效促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)體系的形成和專業(yè)素質(zhì)、專業(yè)能力的提升，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)知識(shí)創(chuàng)造性應(yīng)用的能力培養(yǎng)能夠發(fā)揮積極作用。

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