陳棟，曾偉

（九江學(xué)院電子工程學(xué)院,江西 九江 332005）

泛在微課環(huán)境下《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程一體化教學(xué)改革

陳棟，曾偉

（九江學(xué)院電子工程學(xué)院,江西 九江 332005）

為提高教學(xué)質(zhì)量，通過構(gòu)建泛在微課環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生課外自我學(xué)習(xí)課程的基本知識點，課內(nèi)采用一體化教學(xué)模式，以項目驅(qū)動教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進行綜合項目的設(shè)計。通過改革教學(xué)模式，學(xué)生的創(chuàng)新能力及綜合素養(yǎng)得到提高。

泛在學(xué)習(xí);微課；構(gòu)建；一體化教學(xué)

一、引言

近年來，隨著智能移動終端的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在學(xué)習(xí)方式（U-Learning）逐步在各類課程教學(xué)中得到應(yīng)用。泛在學(xué)習(xí)隨時隨地的特性使得學(xué)習(xí)方式具有學(xué)習(xí)時間零散、學(xué)習(xí)內(nèi)容碎片化的特點。微課的碎片化、形式多元化、移動性等特點正符合泛在學(xué)習(xí)時代課程教學(xué)的需求，泛在微課環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)已成為一種新的趨勢，也為教學(xué)方式的改革迎來新的契機。

《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》是電子信息工程專業(yè)的重要課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生轉(zhuǎn)變《數(shù)字電子技術(shù)》課程中的電路設(shè)計思維，掌握自上而下及從不同層次來設(shè)計數(shù)字電路的方法。利用QUARTUSⅡ軟件對實體進行設(shè)計，最后載入芯片完成設(shè)計。

傳統(tǒng)的《數(shù)字邏輯系統(tǒng)》課程教學(xué)環(huán)節(jié)由獨立的理論、實驗、課程設(shè)計構(gòu)成。本文對課程教學(xué)的改革進行了研究，基礎(chǔ)知識利用泛在微課進行學(xué)習(xí)，課堂上進行項目設(shè)計，實施一體化教學(xué)。一體化的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)各環(huán)節(jié)的獨立性。通過任務(wù)驅(qū)動，使學(xué)生在設(shè)計項目的過程中掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計的基本知識與基本技能，進而有效提升學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、泛在微課環(huán)境構(gòu)建

（一）學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建

當(dāng)代大學(xué)生普遍習(xí)慣使用微博及微信進行互相溝通交流?？梢酝ㄟ^微博及微信構(gòu)建具有持續(xù)性、即時性、交互性、情景性和易獲取性的泛在微課環(huán)境。在此環(huán)境中能夠私聊、多人群聊、互相評論，進行交互式自主學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)資源可相互共享并重復(fù)使用，自由選擇學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點，自由選擇所需的教學(xué)PPT、微課、習(xí)題等各類教學(xué)文件，做到無縫學(xué)習(xí)。豐富的聲音，圖片，視頻等學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）學(xué)習(xí)資源構(gòu)建

泛在環(huán)境的學(xué)習(xí)資源是整個學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心部分，為保證教學(xué)效果，應(yīng)搭建全面立體的學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)資源的主要構(gòu)成有：（1）知識點列表及關(guān)系圖，學(xué)生通過該文檔應(yīng)對本門課程的整體知識點構(gòu)成及相互關(guān)系有所了解，了解課程的重難點，方便自主選擇所需內(nèi)容進行學(xué)習(xí)。（2）微課，對基本語句語法、常用的簡單模塊、綜合應(yīng)用項目的設(shè)計思路制作微課，以供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。基本語句語法是整個學(xué)習(xí)過程的重要基礎(chǔ)，而學(xué)習(xí)過程卻較為枯燥，所以該部分的微課制作顯得尤為重要，應(yīng)充分應(yīng)用新軟件、新技術(shù)、新思路，把枯燥的語句語法知識點設(shè)計成形象生動、形式多樣、易被學(xué)生接受的微課視頻，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程環(huán)節(jié)必須完整，包括相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、應(yīng)用情境、示范、歸納與小結(jié)。（3）綜合設(shè)計項目，緊密結(jié)合當(dāng)前行業(yè)需求與知識點的綜合應(yīng)用設(shè)計多層次的項目練習(xí)，進一步提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力，項目難度不一，學(xué)生可根據(jù)自我需求選擇適合設(shè)計項目，形成完整的知識體系。（4）相關(guān)教學(xué)文件，包括教學(xué)PPT課件、教學(xué)大綱、授課計劃、習(xí)題、拓展資料等。讓學(xué)生了解課程的學(xué)習(xí)要求及學(xué)習(xí)安排，有利于自我安排學(xué)習(xí)進度，按需學(xué)習(xí)。

三、一體化教學(xué)改革

（一）改革的必要性

隨著PLA和FPGA芯片技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子、通訊等領(lǐng)域的產(chǎn)品中。自動控制、電信工程、移動通信類企業(yè)都急需數(shù)字邏輯電路的分析設(shè)計型人才。當(dāng)前，國家正在推進部分地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，在此新形式下，本科院校有必要開展一體化教學(xué)模式改革，增強學(xué)生工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

傳統(tǒng)教學(xué)模式一般先講授VHDL語言的語法及語句結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)過程較為枯燥泛味，然后學(xué)習(xí)使用QUARTUSⅡ軟件進行常用組合邏輯電路及時序邏輯電路的設(shè)計，最后進行1到2個完整數(shù)字系統(tǒng)的整體設(shè)計。教學(xué)模式中理論與實驗相分離，實驗項目簡單且與當(dāng)前行業(yè)需求結(jié)合不夠。大多數(shù)的VHDL類教材在前面章節(jié)也會列舉較多的語句及關(guān)鍵詞，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會覺得知識點較多且關(guān)聯(lián)度不高，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)基本語法時積極性不高，失去了學(xué)習(xí)興趣，影響整體教學(xué)效果。

QUARTUS II支持.VHD或.BDF文件作為頂層文件。文本及模塊的編譯都必須符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，有規(guī)范的操作流程。只有通過一體化教學(xué)，當(dāng)QUARTUS II提示錯誤，無法成功編譯，不斷進行調(diào)試，最終成功編譯，通過開發(fā)板或?qū)嶒炏淠軌蛲侥軌蚩吹筋A(yù)期結(jié)果。能夠強化學(xué)生的認知，這樣的教學(xué)效果僅僅通過理論教學(xué)是無法達到的。

傳統(tǒng)考核方式一般為筆試，總評成績由筆試、實驗、平時等各項成績構(gòu)成。這樣的考核模式下，筆試成績往往占據(jù)了總評成績的較大比例。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中固然會更重視理論知識的學(xué)習(xí)，但往往會忽略動手能力的提高，違背了培養(yǎng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)應(yīng)用型人才的教學(xué)目的。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革

VHDL語言雖然語句語法較多，但在實際應(yīng)用時只有一些常見語句，沒有必要先期學(xué)完所有語句語法再進行模塊或項目設(shè)計，只需使學(xué)生明白一個完整設(shè)計實體的基本結(jié)構(gòu)即可。完整的語句語法知識適用生動的微課形式以供有需要的學(xué)生在泛在環(huán)境中自主學(xué)習(xí)。通過一體化教學(xué)將淡化基礎(chǔ)語句語法的學(xué)習(xí)，重點分析設(shè)計思路，而且學(xué)習(xí)的理論知識可以通過開發(fā)板或?qū)嶒炏漶R上得到實際驗證，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生自主進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的積極性。

課堂上采用一體化的教學(xué)模式，通過驗證型項目和綜合設(shè)計型項目，引導(dǎo)學(xué)生以完成項目設(shè)計為目的進行有效的學(xué)習(xí)。驗證型項目有多路選擇器、N位全加器、M-N編碼器、N位乘法器、移位寄存器、七段譯碼顯示等。完成若干個驗證型項目后，學(xué)生應(yīng)該掌握設(shè)計實體的常用語句及基本結(jié)構(gòu)，能夠從不同層次用多種設(shè)計結(jié)構(gòu)及不同的頂層文件實現(xiàn)簡單的數(shù)字邏輯功能。轉(zhuǎn)變前期課程《數(shù)字電子技術(shù)》自下而上設(shè)計數(shù)字電路的思維模式，利用VHDL語言自上而下進行編程，載入芯片實現(xiàn)不同的邏輯功能，設(shè)計數(shù)字電路時不必過多考慮硬件條件。例如：多路選擇器要求用并行WHEN ELSE語句從輸入輸出關(guān)系、邏輯操作符從內(nèi)部結(jié)構(gòu)、串行IF語句從輸入輸出關(guān)系3種描述方法進行編程，經(jīng)過編譯、仿真、引腳配置，最后載入FPGA芯片，驗證邏輯通能；編碼器的設(shè)計包括4-2編碼器、8-3編碼器、16-4編碼器、譯碼器。

綜合設(shè)計型項目有：LED點陣控制器、電子密碼鎖、LCD顯示驅(qū)動、數(shù)字頻率計、VGA彩色圖像顯示控制、步進電機PWM控制、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計、函數(shù)信號發(fā)生器等。教學(xué)重點不再是基礎(chǔ)的編程及設(shè)計實體的結(jié)構(gòu)，而是整體設(shè)計項目及拆分項目，將復(fù)雜項目分解為一個個簡單模塊。例如：電子密碼鎖分解為消抖、數(shù)碼管顯示、譯碼、分頻、數(shù)據(jù)選擇器、計數(shù)器等模塊；函數(shù)信號發(fā)生器分解為定制ROM、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較器等模塊。LED點陣控制器分解為4位2進制計數(shù)器、掃描、點陣顯示控制等模塊。通過綜合設(shè)計型項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以加強鞏固前期所學(xué)基礎(chǔ)知識及自主學(xué)習(xí)所需要的語句和調(diào)用模塊，將這些知識點融為一體，綜合應(yīng)用，學(xué)會創(chuàng)新思維。教學(xué)過程中，學(xué)生是設(shè)計主題，教師幫助學(xué)生在泛在微課環(huán)境下學(xué)習(xí)前期基本知識，提供設(shè)計思路，幫助解決設(shè)計過程中學(xué)生的疑問。

（三）考核方式的改革

新的考核方式為現(xiàn)場設(shè)計項目，主要考察學(xué)生工程應(yīng)用能力?？傇u成績依據(jù)平時成績和現(xiàn)場設(shè)計項目成績綜合評定。平時成績由考勤、學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂項目練習(xí)等構(gòu)成?，F(xiàn)場設(shè)計項目隨機抽取或教師指定，在規(guī)定時間內(nèi)完成，主要考核學(xué)生程序編寫能力及編譯仿真、對項目的分析能力及設(shè)計思路、硬件調(diào)試及實現(xiàn)。平時成績中的課堂項目練習(xí)在總評成績中所占比重也較高，在課堂教學(xué)中，對每一次學(xué)生的項目練習(xí)情況均做登記，最后匯總，由此引導(dǎo)學(xué)生注重日常實踐經(jīng)驗的累計。

三、結(jié)束語

泛在微課環(huán)境能夠培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)意識，獲得自我發(fā)展，是真正以學(xué)生為中心的、自主的、個性化的學(xué)習(xí)。一體化教學(xué)模式讓學(xué)生在不同的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中，將各自獨立的知識點逐步融會貫，綜合應(yīng)用，最終形成數(shù)字邏輯電路，完成設(shè)計任務(wù)。培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)出更符合行業(yè)需求的高素質(zhì)人才，為高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)發(fā)揮了有效保障的作用。一體化教學(xué)模式的改革對教師也提出了更高要求，需不斷加強業(yè)務(wù)水平，更好的為教學(xué)服務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)共長的正向激勵、良性循環(huán)。

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G642

A

1671－5993（2017）03－0068－03

2017-07-01

江西省教育科學(xué)"十三五"規(guī)劃2016年度課題（編號16YB146）；九江學(xué)院校級教改項目（項目編號：XJJGYB-17-05；XJJGYB-16-14；XJJGYB-15-13）

陳棟（1982-），男，江西九江人，碩士，講師，研究方向：電子教學(xué)及教育信息化。曾偉（1984-），男，江西吉安人，博士，講師，研究方向：電子教學(xué)及教育信息化。