鄒祎，李浪

(衡陽師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421006)

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，各行業(yè)對于高素質(zhì)、技能型的人才的需求越來越大。計算機及相關(guān)專業(yè)在大多數(shù)高等院校中均有開設(shè)，但專業(yè)人才培養(yǎng)的效果等面臨著諸多問題，如高校計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)與社會行業(yè)需求脫節(jié)、高校在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中面臨的人才培養(yǎng)方案改革、校企合作機制、教學(xué)方法與教學(xué)手段、學(xué)生就業(yè)等問題，這些問題導(dǎo)致了計算機類專業(yè)人才供需矛盾突出[1]。同時，為加強高校專業(yè)建設(shè)，教育部實施了工科專業(yè)工程教育認(rèn)證。這一系列問題與措施，對高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)也將產(chǎn)生巨大的影響，培養(yǎng)高校學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力成為高等教育的共識。

基于此，結(jié)合社會需求，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，所在教學(xué)團隊提出了面向“一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案[2-3]。圍繞如何培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才等問題，對高校計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)進行深入研究與實踐探索，并在計算機類專業(yè)課程中展開創(chuàng)新探索實踐。

數(shù)字邏輯是計算機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，不同于以研究型為主的高校，所在學(xué)院對課程目標(biāo)的定位，更側(cè)重于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此在課程教學(xué)上，也應(yīng)有別于研究型高校的教學(xué)內(nèi)容[4][5]。因此，本文在面向“一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合《數(shù)字邏輯》課程的教學(xué)，從教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，教學(xué)結(jié)構(gòu)，以及教學(xué)評價等方面進行了新的探索。后續(xù)章節(jié)從傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題、創(chuàng)新模式構(gòu)建及教學(xué)成效三個方面，進行詳細闡述。

2 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的教學(xué)更多關(guān)注“教”的質(zhì)量，“教”的多少，從教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)到教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，以及對教學(xué)成效的評價，大多圍繞著教學(xué)者(老師)來展開，學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動地接受，缺乏學(xué)習(xí)的主動性。

在以往傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯教學(xué)設(shè)計中，大多是以課堂理論講授為主，硬件實踐為輔的教學(xué)模式。該模式存在著以下主要問題：

1)課堂教學(xué)的知識講授，采用的是以教師向?qū)W生傳輸模式，不能激發(fā)學(xué)生的探究能力，教學(xué)內(nèi)容以理論教學(xué)為主，實踐教學(xué)比重輕，更缺乏理論與實踐相結(jié)合。

2)在教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不高，學(xué)習(xí)方式以“記憶”為主，少有“創(chuàng)新”。

3)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容少，且實驗設(shè)計基本上是按已有的電路原理圖進行連線，實驗中大量的時間，用在了糾正如連線錯誤之類的非知識性問題上，導(dǎo)致學(xué)生在邏輯設(shè)計方面的關(guān)注太少。

4)缺乏合作學(xué)習(xí)、教學(xué)合作團隊的環(huán)境，學(xué)習(xí)環(huán)境多是競爭性個人行為。

5)教學(xué)資源匱乏，并且缺乏有效學(xué)習(xí)交流平臺實現(xiàn)資源共享，如相關(guān)題庫，實驗指導(dǎo)，教學(xué)視頻等資源的共享。

6)缺乏有效學(xué)習(xí)效果評價機制，通常以評分，評級的形式判定，缺乏教學(xué)過程中的持續(xù)性評價。

3 課程教學(xué)創(chuàng)新模式構(gòu)建

針對以往傳統(tǒng)教學(xué)中存在的一系列問題，解決人才培養(yǎng)與經(jīng)濟社會人才需求脫節(jié)等突出問題，本文提出一種“任務(wù)驅(qū)動”“團隊合作”的線上線下混合教學(xué)模式，形成以學(xué)生創(chuàng)作為主、教師輔導(dǎo)為輔，線上線下相結(jié)合的教學(xué)理念。實際教學(xué)采用以案例導(dǎo)入，任務(wù)驅(qū)動的形式展開，加強實踐教學(xué)的比重，將實踐教學(xué)貫穿于整個教學(xué)過程中，形成以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式。同時，有效利用線上平臺，提供更多的學(xué)習(xí)交流窗口，獲取教學(xué)過程數(shù)據(jù)，助力教學(xué)成效分析與評價。

1)“任務(wù)驅(qū)動”“團隊合作”的線上線下混合教學(xué)模式

根據(jù)數(shù)字邏輯課程教學(xué)大綱的要求，將傳統(tǒng)的課程知識點進行梳理，結(jié)合每個章節(jié)的重點難點問題進行分門別類，不斷完善課程教學(xué)計劃和培養(yǎng)方案，建立“任務(wù)驅(qū)動”“團隊合作”的線上線下混合教學(xué)模式，形成以學(xué)生創(chuàng)作為主、教師輔導(dǎo)為輔的特色實踐教學(xué)方案。

首先，將課程按知識點分成20個小模塊[6](如圖1所示)，結(jié)合教學(xué)進度，精心制作課件，選取案例，設(shè)置“任務(wù)”(按章節(jié)內(nèi)容設(shè)置Proteus仿真實驗任務(wù)[7]，如圖2所示(部分內(nèi)容)，并線上發(fā)布。課前，學(xué)生可在線預(yù)習(xí)課程；課中，圍繞知識點進行講解，組織學(xué)生以任務(wù)為中心，結(jié)合案例，進行師生討論，分析，設(shè)計，實現(xiàn)；課后，進行“任務(wù)”總結(jié)，并拓展設(shè)計。

圖1 知識點模塊(部分)

圖2 按章節(jié)設(shè)計的部分仿真任務(wù)

合理利用Proteus仿真工具，引入仿真實驗，打破了傳統(tǒng)硬件實驗對實驗環(huán)境、實驗設(shè)備以及實驗時間的限制和約束。學(xué)生可根據(jù)仿真任務(wù)的要求，隨時進行仿真實驗設(shè)計并驗證，無須再花大量的時間去做接線工作，可將更多的精力放在如何實現(xiàn)邏輯設(shè)計上。按章節(jié)設(shè)計的仿真任務(wù)，內(nèi)容從簡單到復(fù)雜，循序漸進，使得實驗教學(xué)與理論教學(xué)同步，學(xué)生在仿真實驗中，可再一次對理論知識的梳理，同時在仿真實驗中遇到的問題，可及時通過線上平臺以及理論教學(xué)中，與老師同學(xué)進行交流，還可與同學(xué)合作，自由組隊進行實驗，進一步推進實驗設(shè)計從簡單問題到復(fù)雜問題的漸進，促使學(xué)生更大興趣地學(xué)習(xí)探究，提高學(xué)習(xí)興趣的同時，也提高了自主學(xué)習(xí)能力，加強了團隊合作。

2)建立在線課程資源庫

利用現(xiàn)有的在線學(xué)習(xí)平臺，建立課程資源庫、習(xí)題庫、考試庫(如圖3所示)。配合線下的理論、實踐教學(xué)(硬件實驗和仿真實驗相結(jié)合)，鞏固所學(xué)的知識點。每一教學(xué)課時的教學(xué)內(nèi)容均配備對應(yīng)的章節(jié)練習(xí)，作為課后作業(yè)發(fā)布；每一章節(jié)有對應(yīng)的單元測試，作為章節(jié)復(fù)習(xí)。

圖3 在線課程題庫

借助平臺的在線優(yōu)勢，建立課后討論區(qū)，實現(xiàn)針對性地解決學(xué)生的學(xué)習(xí)難點，可師生一對一地交流，也可生生多對多地互助。同時，結(jié)合答題情況，隨時可一對一進行在線課后答疑；還可進行班級在線自由討論。有助于激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強合作意識。

課程資源除每個章節(jié)的教學(xué)課件外，還提供了教學(xué)案例的仿真設(shè)計源程序，以及仿真工具和相關(guān)的教學(xué)參考電子書，為學(xué)生提供課外學(xué)習(xí)的資料和進行仿真實驗的平臺與參考案例支持，保障線下學(xué)習(xí)和仿真實驗的順利進行。

圖4 線上課后練習(xí)節(jié)選及課后答疑

3)建立線上線下過程評價模式

線上線下過程評價的內(nèi)容包括隨堂練習(xí)，課后作業(yè)，仿真“任務(wù)”設(shè)計，現(xiàn)場答辯。既保留了傳統(tǒng)的考核內(nèi)容，如課后作業(yè)；又新增設(shè)更多過程性考核內(nèi)容，如課程教授中，結(jié)合教學(xué)的重點難點，展開隨堂練習(xí)，課中大討論。每一次的仿真實驗設(shè)計“任務(wù)”，學(xué)生自由組隊，完成相應(yīng)設(shè)計，并通過線上平臺展示，各參與組現(xiàn)場答辯的形式，采取師生互評，生生互評，并選取優(yōu)秀作品線下共評(圖5為學(xué)生仿真設(shè)計部分作品展示)。這種模式不僅增強了團隊合作意識，又可調(diào)動學(xué)生的實踐積極性，提高實踐動手能力和分析問題，解決問題的能力。

圖5 部分仿真設(shè)計作品

4 實際課程教學(xué)成效

本文根據(jù)對近幾年來，在數(shù)字邏輯課程創(chuàng)新教學(xué)方面的研究和實踐經(jīng)驗，進行了反思、歸納并總結(jié)，結(jié)合在線平臺對授課班級記錄的學(xué)習(xí)情況進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)班級月平均學(xué)習(xí)次數(shù)逐年上升。表1所列班級是2020-2022年四個學(xué)期間，采用本文提出的創(chuàng)新教學(xué)模式的授課班級，其月平均學(xué)習(xí)次數(shù)如統(tǒng)計表1所示。從數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生參與學(xué)習(xí)的次數(shù)隨課程教學(xué)創(chuàng)新的開展不斷增加，班月平均學(xué)習(xí)次數(shù)逐年上升，且增長速度趨向平穩(wěn)，這也從側(cè)面表明，學(xué)生對課程的關(guān)注度不斷提高，學(xué)習(xí)興趣得以激活。

表1 2020-2022年各學(xué)期的學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計表

新的教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。從課程改革后，采用創(chuàng)新教學(xué)模式教學(xué)的授課班級，學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力普遍獲得很大提升，據(jù)不完全統(tǒng)計，授課班級的學(xué)生在各級各類競賽中的獲獎均有突破。僅2021年，授課班級的學(xué)生，獲得省級學(xué)科競賽一等獎的3項，二等獎6項，三等獎4項。如圖6所示，是2020—2022年授課班級學(xué)生在各類競賽中的獲獎情況統(tǒng)計，圖中可見，2020—2022年期間，不同專業(yè)的學(xué)生在各級各類的競賽中獲獎的數(shù)量及人次，均呈增長趨勢。

圖6 2020-2022年各班競賽獲獎人數(shù)統(tǒng)計圖

5 總結(jié)

面向”一生一系統(tǒng)”計算機類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案對人才的培養(yǎng)更關(guān)注學(xué)生的應(yīng)用能力，而且《數(shù)字邏輯》課程本身應(yīng)用性較強，因此，本文提出的“任務(wù)驅(qū)動”“團隊合作”的線上線下混合教學(xué)模式，在課堂理論教學(xué)中有效加入Proteus仿真工具，開展仿真實驗活動與實驗教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中操作更加靈活方便，不受硬件的限制，實現(xiàn)實踐教學(xué)和理論教學(xué)有機結(jié)合。課程教學(xué)的創(chuàng)新，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，同時教學(xué)質(zhì)量也得到提升。并且，創(chuàng)新教學(xué)方式促使學(xué)生積極參與研究探索活動，并與教師科研項目結(jié)合，更多的學(xué)生展開科學(xué)研究活動，以學(xué)生為第一作者的高質(zhì)量科研成果也不斷涌現(xiàn)，學(xué)生綜合素質(zhì)能力得到提高。

目前，實踐教學(xué)的開展雖較之傳統(tǒng)教學(xué)模式，有了較大的進步，同學(xué)的積極性得到有效激活，但在實踐任務(wù)設(shè)計的內(nèi)容方面，比如設(shè)計的現(xiàn)實性、連貫性、整體性上，還有待進一步完善。在今后的教學(xué)實踐中，還需不斷總結(jié)、反思，進一步改進教學(xué)方式方法，讓學(xué)生能更方便更快捷地獲得相關(guān)教學(xué)資源和幫助，實踐的設(shè)計與時俱進，更貼合現(xiàn)實應(yīng)用，切實應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。