摘要：針對傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)方法存在理論和工程實際脫離的問題，探討案例教學(xué)法在數(shù)字邏輯課程中的應(yīng)用方法。在分析案例教學(xué)法內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，提出結(jié)合課程目標(biāo)和課程特點，有效引入開篇案例建立理論和工程概念的橋梁，設(shè)置開放性案例引導(dǎo)學(xué)生主動探究問題的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。在此基礎(chǔ)上，通過建立多元考試方案和評分方法鼓勵學(xué)生積極參與教學(xué)過程，取得良好成效。
　　關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；數(shù)字邏輯；創(chuàng)新意識
　　
　　隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，硬件可編程芯片人才的社會需求日益增大。作為計算機(jī)專業(yè)的硬件基礎(chǔ)課，數(shù)字邏輯一方面需要為學(xué)生硬件課程的學(xué)習(xí)奠定堅實的理論基礎(chǔ)，另一方面需要培養(yǎng)學(xué)生扎實的硬件工程素質(zhì)和對硬件課程的強(qiáng)烈興趣。然而，目前數(shù)字邏輯的教學(xué)效果并不理想，學(xué)生多停留在理論學(xué)習(xí)和習(xí)題解答上，對工程問題缺乏思考和解決能力[1]。事實上，隨著數(shù)字邏輯課程建設(shè)的發(fā)展，包括我院在內(nèi)的很多高校在數(shù)字邏輯教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上增加了基于硬件描述語言的現(xiàn)代設(shè)計方法，內(nèi)容隨著技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了更新。然而，這并沒有在實質(zhì)上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，沒有在教學(xué)過程中為學(xué)生提供發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考問題、解決問題的空間，影響了學(xué)生主動性的發(fā)揮，阻礙了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因而，探索如何改進(jìn)傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，重視討論式、研究式學(xué)習(xí)方式的培養(yǎng)，在數(shù)字邏輯課程教學(xué)過程中加以實施，對提高教學(xué)效果，培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新性人才具有重要意義。
　　案例教學(xué)自1920年在美國問世以來，被認(rèn)為是一種卓有成效的教學(xué)方法。運(yùn)用案例教學(xué)法組織經(jīng)濟(jì)管理類課程的教學(xué)活動，并用案例分析來考核和評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績的優(yōu)劣，己收到良好的效果。具有明顯的目的性、啟發(fā)性和客觀性，案例教學(xué)符合當(dāng)前教學(xué)方法改革的要求[2-4]。作為為培養(yǎng)未來計算機(jī)工程師奠定重要硬件基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯課程，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，更需要培養(yǎng)學(xué)生樹立很強(qiáng)的工程意識，養(yǎng)成良好的工程素質(zhì)。面向這一需求，我們在課程教學(xué)中引入案例式教學(xué)方法，階段性地設(shè)計一些具有工程性質(zhì)的案例，鼓勵學(xué)生面向案例解決方案加以討論，分析方案的設(shè)計架構(gòu)、思路，根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識提出改進(jìn)方案，并對其方案的可行性展開廣泛討論和驗證。下面筆者從案例設(shè)計和考核方法等幾個方面，對基于案例教學(xué)法在數(shù)字邏輯課程中的應(yīng)用方法加以探討，力圖為應(yīng)用創(chuàng)新人才培養(yǎng)教學(xué)模式研究提供實踐經(jīng)驗。
　　1案例教學(xué)法內(nèi)涵分析
　　案例式教學(xué)模式是研究型教學(xué)的模式之一，在管理、金融等學(xué)科的課程教學(xué)中得到了成功應(yīng)用。其本質(zhì)在于基于真實案例展開深入討論、分析，通過學(xué)生共同參與，提升其對理論和實踐的認(rèn)知水平，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。
　　案例教學(xué)法目前常見的幾個典型定義有：①教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，采用案例進(jìn)行講解及組織學(xué)生對案例進(jìn)行研討，引導(dǎo)學(xué)生從實際案例中學(xué)習(xí)、理解和掌握一般規(guī)律、原則、方法及操作實驗，從而有效地將理論知識和實踐技能相互結(jié)合。②在教師的精心策劃和指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容的需要，運(yùn)用典型案例，將學(xué)生帶入特定事件的現(xiàn)場，深入分析案例，以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。③利用以真實事件為基礎(chǔ)所撰寫的案例進(jìn)行課堂教學(xué)，讓學(xué)生對案例進(jìn)行分析、討論、交流，充分表達(dá)自己的見解，以達(dá)到高層次的認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)。④通過一組案例提供高度擬真的情境，讓學(xué)生嘗試在分析具體問題中獨立作出判斷和決策，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論解決實際問題的能力[5]。
　　從上述定義可以看出，與傳統(tǒng)的以教師為核心的教學(xué)方法相比，在案例教學(xué)法中，學(xué)生是教學(xué)過程的主體，通過學(xué)生自主對案例的分析、討論和參與，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。因此，案例教學(xué)法中案例的設(shè)計是關(guān)鍵，正確引導(dǎo)學(xué)生參與，則是教師在整個教學(xué)過程中所起的作用。在基于案例的教學(xué)法中，重要的基礎(chǔ)就是案例的選擇和設(shè)計，以及教學(xué)過程引導(dǎo)方法的設(shè)計。
　　2階段性引入案例，建立理論與工程概念的橋梁
　　在多年的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，理論方法的掌握并不是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要障礙，其主要問題是缺乏理論知識和實踐問題認(rèn)知的溝通。雖然實驗教學(xué)過程對此可以有所改善，但課堂的理論化教學(xué)仍然分割了學(xué)生對理論和實踐聯(lián)系的認(rèn)識。因而，在教學(xué)過程中引入工程性問題，從問題中抽象出概念，可使學(xué)生更容易理解理論概念，有益于培養(yǎng)他們更強(qiáng)的工程意識，將理論很好地應(yīng)用于實際問題的解決中。在教學(xué)過程中，主要引入兩類案例。一類是一開始引入開篇案例，幫助學(xué)生理解抽象概念；另一類是在一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上引入綜合性較強(qiáng)的案例，建立完整的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識。
　　2.1設(shè)計開篇案例，幫助學(xué)生理解抽象概念
　　在學(xué)習(xí)組合邏輯的功能電路的設(shè)計階段，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對譯碼器、編碼器等邏輯功能接受比較困難。抽象的功能表描述，往往使學(xué)生不知所云，很難理解功能表中表述的輸入和輸出的邏輯功能具體含義。因此，在課程教學(xué)工程中，我們結(jié)合實驗和生活經(jīng)驗選擇了下面的一個案例，力圖從學(xué)生熟悉的日常生活概念中抽象出邏輯概念，提出問題，進(jìn)而學(xué)習(xí)設(shè)計方法，收到了比較好的效果。以編碼器的學(xué)習(xí)為例，本課程選用競賽用搶答電路設(shè)計為案例。該案例描述如下：設(shè)計一個多人搶答器電路，應(yīng)用于知識比賽中，假設(shè)有八個組，每組一個搶答按鍵，搶答器電路能夠識別哪個參賽組最先按下按鍵，并將該組的編號顯示在數(shù)碼管上。其示意圖如圖1所示。在編碼器介紹的開篇，首先給學(xué)生引入該案例，讓學(xué)生圍繞該案例思考幾個問題。
　　1) 搶答器電路的輸入和輸出是什么？
　　2)輸入和輸出在數(shù)字電路中的表示形式是什么？
　　3) 輸入轉(zhuǎn)換為輸出的內(nèi)涵是什么？
　　4) 這種類型電路還有哪些可能的應(yīng)用？
　　顯然，學(xué)生根據(jù)生活常識，很容易確定輸入是“按鍵按下”的狀態(tài)。即有否按鍵按下，哪個按鍵最先被按下。電路的作用就是響應(yīng)最先搶答方的按鍵按下狀態(tài)，對其他按鍵則不予響應(yīng)，輸出則為搶答方的編號。這種形式抽象為數(shù)字電路中的邏輯變量，就構(gòu)造出如表1所示的真值表。具有類似功能的電路還有數(shù)字鍵盤電路，實現(xiàn)10個數(shù)字按鍵對應(yīng)按鍵的數(shù)字碼輸出。不同的應(yīng)用功能具有相似的邏輯表述，而實現(xiàn)這種輸入到輸出的轉(zhuǎn)換功能就是編碼器。圖2為其邏輯符號，左邊為輸入I0，I1……In，即參賽各方的按鍵；右邊線表示輸出，即搶答成功組的編碼。進(jìn)一步圍繞該案例，很自然地可以將輸入輸出的物理形式和邏輯表示形式問題呈現(xiàn)給學(xué)生。通?？梢栽O(shè)計在課堂上提出這一問題，并引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面介紹的碼制和數(shù)制進(jìn)一步探討該問題。
　　案例的引入將原本抽象的編碼器具體化，學(xué)生一方面比較容易理解編碼器的含義，另一方面又能體會編碼器的應(yīng)用。在學(xué)生將抽象的編碼器功能表理解后，再圍繞該功能展開基于門級設(shè)計介紹內(nèi)部電路，基于中規(guī)模芯片實現(xiàn)功能電路設(shè)計，并學(xué)習(xí)基于硬件描述語言的設(shè)計方法。多層次、多方位的引入將實際工程問題抽象并轉(zhuǎn)換為邏輯電路設(shè)計問題，最后選用相應(yīng)的方法設(shè)計實現(xiàn)。
　　總之，在案例式教學(xué)模式中，實例設(shè)計是一個關(guān)鍵點。引入具有工程性的實例作為開篇，通過實例分析，確定待解決問題的目標(biāo)、任務(wù)，可讓學(xué)生明確可能存在的知識點，帶著問題去聽課，在掌握相應(yīng)理論和工程方法基礎(chǔ)上，對實例的解決方案加以總結(jié)。
　　數(shù)字邏輯課程實例的設(shè)計是一個難點。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，由于學(xué)生尚未具有足夠的知識積累思考復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)，因此實例設(shè)計不能過于復(fù)雜，但也不能停留在一般的例題形式，這樣無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，不利于工程意識的培養(yǎng)。因而在課程建設(shè)中，教師要以課程大綱為目標(biāo)，選擇適當(dāng)案例進(jìn)行簡化、裁剪，在開始章節(jié)要選擇接近日常生活的問題規(guī)劃案例，隨著知識學(xué)習(xí)的積累，再逐步選擇專業(yè)性較強(qiáng)的案例，由易到難、由簡到繁。
　　
　　2.2設(shè)置開放性案例，引導(dǎo)學(xué)生主動探究問題
　　案例教學(xué)法是在學(xué)習(xí)了一定專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生獨立思考、相互討論和教師啟發(fā)獲得案例問題的解決方案。這里問題求解的自主思考能力和方案可行性分析、判斷能力是培養(yǎng)的主要目標(biāo)。因而在教學(xué)的一定階段，需要規(guī)劃具有綜合性的題目，引導(dǎo)學(xué)生采用不同的解決方案，鼓勵學(xué)生通過課下習(xí)題、仿真實驗，對方案加以驗證，適當(dāng)?shù)亟M織一些課堂討論。對某些案例中學(xué)生提出的較好方案，教師要安排學(xué)生在課堂上進(jìn)行論述，并廣泛展開討論，通過學(xué)生之間的經(jīng)驗分享加深其對知識點的掌握，提高學(xué)生的自主探究意識。
　　該類案例設(shè)計的要點是對基于不同方法的設(shè)計加以比較。以搶答器的設(shè)計為例，在開篇中，該案例幫助學(xué)生理解編碼器的邏輯功能；在學(xué)習(xí)了編碼器的功能和引入芯片的概念后，教師可以給學(xué)生提出問題：如何用編碼器來實現(xiàn)該功能？同時利用硬件描述語言又如何實現(xiàn)？如何應(yīng)用門電路加以實現(xiàn)？在學(xué)生提出解決方案后，教師將不同的設(shè)計方案加以比較，組織學(xué)生對方法的異同、優(yōu)劣展開討論，尋找規(guī)律。在學(xué)生主動參與的過程中，激發(fā)其探究問題的興趣。
　　另外，設(shè)計這類案例的重點是要綜合多個知識點實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。例如，在學(xué)習(xí)完計數(shù)器后，可以針對搶答器設(shè)計進(jìn)一步提出設(shè)計要求，增加搶答時間倒計時的功能。如果規(guī)定時間內(nèi)未有人搶答，則問題無效，繼續(xù)下一個問題。顯然，這要通過增加減法計數(shù)器實現(xiàn)。進(jìn)而可以提出增加記分器的設(shè)計，將加法器與寄存器的概念融入案例中。這種案例的設(shè)計可使學(xué)生對所學(xué)功能模塊在實際工程問題中的應(yīng)用以及系統(tǒng)級的設(shè)計方法有更為清晰的認(rèn)識，有助于學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，避免知識點的孤立，從而建立更強(qiáng)的工程意識。
　　3建立有效激勵機(jī)制，發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用
　　3.1完善備課計劃
　　由于多年來養(yǎng)成面向高考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)生并不太習(xí)慣自主學(xué)習(xí)，討論課比較難以展開；同時由于學(xué)生知識面和經(jīng)驗的欠缺，在以學(xué)生為主體的討論課堂中，教師不僅不能完全放手，而且更要全程參與，通過對課堂的控制和有效引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生思考和推進(jìn)討論氣氛。這種參與建立在教師扎實的知識基礎(chǔ)上。在備課過程中，教師要建立更為詳實的教案，就可能出現(xiàn)的問題加以羅列，規(guī)劃、啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生開展開放性思維活動的命題，引導(dǎo)學(xué)生提出不同的方案，特別有意識地引導(dǎo)學(xué)生注意知識點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，啟發(fā)學(xué)生對不同的方案加以分析，研究和設(shè)計一些討論場景，從而引發(fā)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)興趣與主動性。
　　3.2培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的多元考試方案和評分方法
　　合理地設(shè)置考核方案，也是鼓勵學(xué)生討論積極性的有效方法。案例教學(xué)法有助于培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)分析、綜合及評估能力等高級智力技能，因而設(shè)置評價體系的時候，要綜合采用多元的評價體系，結(jié)合傳統(tǒng)的筆試，增加方案設(shè)計報告評價；同時對過程要給予獎勵， 不僅評價其設(shè)計方案，對學(xué)生參與討論的積極性以及能夠提出有價值的評判問題和歸納出有價值的結(jié)論，也要給予鼓勵。具體在設(shè)計評分標(biāo)準(zhǔn)時，要充分考慮各種因素，包括關(guān)鍵問題、問題相關(guān)性等。
　　4結(jié)語
　　數(shù)字邏輯是一門傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，有很多經(jīng)典的內(nèi)容，隨著現(xiàn)代電子制造技術(shù)、可編程器件和EDA平臺的發(fā)展，又發(fā)展了許多新的內(nèi)容。面對豐富的教學(xué)內(nèi)容，如果孤立地講授，會讓學(xué)生不知所措。因而在具體教學(xué)過程中，教師應(yīng)結(jié)合實際引入和簡化一些工程問題，幫助學(xué)生將繁多、抽象的概念、方法具體化，由淺入深地將知識點結(jié)合起來，幫助學(xué)生建立更強(qiáng)的工程概念。面向案例的自主學(xué)習(xí)和討論，可培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維方式和面向?qū)嵺`的工程意識，通過階段性引入案例，達(dá)到較好的教學(xué)效果。在后續(xù)的教學(xué)過程中，我們還有待建立更多案例，并根據(jù)教學(xué)實踐編寫相應(yīng)教材，同時完善教案和評價體系，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程創(chuàng)新意識。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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