薛玉利+孫艷+唐艷

摘 要： 針對(duì)電路與數(shù)字邏輯課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法。教師設(shè)計(jì)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的任務(wù)，在該任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)的功能，劃分功能模塊，引導(dǎo)學(xué)生查找資料、分析并設(shè)計(jì)方案、選擇元器件、制作調(diào)試，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。這種開(kāi)放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的精神。

關(guān)鍵詞： 任務(wù)驅(qū)動(dòng)； 電路與數(shù)字邏輯； 任務(wù)型教學(xué)； 傳統(tǒng)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）06-61-03

The application of task driven teaching method in the course of circuit and digital logic

Xue Yuli， Sun Yan， Tang Yan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Key Laboratory of Information Security

and Intelligent Control in Universities of Shandong， Jinan， Shandong 250103， China）

Abstract： Aiming at the characteristics of strong practicality of the circuit and digital logic course， the task driven teaching method is adopted. Teachers design the task of real life closely related， and with the driving of task， guide students to analyze the function of task and divide the function modules， guide students to search for information， analysis and design， select components， fabricate and debug； by solving the practical problem， cultivate students' practical ability and stimulate their interest in learning. This education method of openness and innovation overcomes the disadvantages of traditional teaching methods， contributes to the cultivation of the application ability of students， improve students' ability to analyze and solve problems， and cultivate team spirit of cooperation.

Key words： task driven； circuit and digital logic； task driven teaching； traditional teaching

0 引言

“電路與數(shù)字邏輯”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課，在整個(gè)課程體系中占有重要地位[1]。該課程理論知識(shí)點(diǎn)多，涉及到的邏輯門(mén)電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與整形等內(nèi)容較難理解，初學(xué)者無(wú)法實(shí)現(xiàn)思維的轉(zhuǎn)變，從而在做實(shí)驗(yàn)時(shí)一籌莫展。傳統(tǒng)的教學(xué)一般由教師循序漸進(jìn)地講授知識(shí)點(diǎn)，以小型簡(jiǎn)單的例子來(lái)加深學(xué)生的理解，這種教學(xué)方法的不足之處在于：學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只是掌握一些零散知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，沒(méi)有建立起系統(tǒng)的思維方式，因此，在應(yīng)用知識(shí)時(shí)缺乏整體感[2-3]。

本文探討在“電路與數(shù)字邏輯”課程中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，在教學(xué)過(guò)程中，教師設(shè)計(jì)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的任務(wù)，在該任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)的功能，劃分功能模塊，引導(dǎo)學(xué)生查找資料、分析并設(shè)計(jì)方案、選擇元器件、制作調(diào)試，在這一系列的實(shí)際工程體驗(yàn)活動(dòng)中增強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，獲得較強(qiáng)的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)制作電路的能力。

整個(gè)教學(xué)過(guò)程由任務(wù)驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生為主體，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，同時(shí)注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作、小組間有效溝通等綜合職業(yè)索質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成一個(gè)任務(wù)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)全過(guò)程。這種開(kāi)放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的特點(diǎn)

1.1 教學(xué)內(nèi)容的重組

在教學(xué)中使用任務(wù)型教學(xué)法，首先要把理論知識(shí)進(jìn)行模塊化分解，合理劃分成若干知識(shí)單元，以滿足任務(wù)實(shí)施的需要[4-5]?！半娐放c數(shù)字邏輯”課程在開(kāi)始的章節(jié)主要講述了數(shù)字邏輯基礎(chǔ)，其中一部分內(nèi)容學(xué)生在之前的“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)，所以可以將這部分內(nèi)容適當(dāng)簡(jiǎn)化。邏輯代數(shù)的基本概念、公式和定理，邏輯函數(shù)的各種表示方法和化簡(jiǎn)，半導(dǎo)體二極管門(mén)電路和CMOS、TTL門(mén)電路，這一部分中公式化簡(jiǎn)和分立元器件門(mén)電路在實(shí)際應(yīng)用中已趨于淘汰，可以根據(jù)組合電路的設(shè)計(jì)需求重點(diǎn)學(xué)習(xí)邏輯代數(shù)的基本概念、卡諾圖化簡(jiǎn)、各種表達(dá)方式的相互轉(zhuǎn)換，并將其作為一個(gè)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生掌握電路的各種表示方法之間的轉(zhuǎn)換，通過(guò)電路仿真軟件Multisim的使用，讓學(xué)生對(duì)電路的軟件仿真有一定的理解。組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，包含多種集成芯片的功能分析、使用與設(shè)計(jì)，可以分解為若干個(gè)任務(wù)，利用編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器和數(shù)值比較器等多種中規(guī)模芯片完成實(shí)際組合電路的設(shè)計(jì)與制作。觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，可以分解為多個(gè)任務(wù)，利用觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和移位寄存器等集成芯片完成實(shí)用時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與制作。脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路和模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，可以分解為若干個(gè)綜合設(shè)計(jì)型任務(wù)，切實(shí)提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

1.2 教師角色的轉(zhuǎn)換

任務(wù)型教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主體地位，教師由知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變成一名向?qū)?，引?dǎo)學(xué)生搜集資料、自主學(xué)習(xí)、小組討論，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維[6]。集成電路種類(lèi)繁多，在電子設(shè)計(jì)中不可避免的會(huì)用到不曾接觸過(guò)的集成電路，因此需要培養(yǎng)學(xué)生閱讀集成電路數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。教師以某個(gè)集成電路芯片為例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)查看集成電路的功能表，理解集成電路完成的功能，注意不同型號(hào)集成電路性能指標(biāo)的區(qū)別，進(jìn)而選擇合適的芯片完成設(shè)計(jì)。

1.3 理論與實(shí)踐相結(jié)合。

在日常生活中尋找設(shè)計(jì)任務(wù)，比如交通燈的控制、流動(dòng)文字顯示、數(shù)字顯示溫度計(jì)等，從身邊有趣的題目入手，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的興趣，提高其學(xué)習(xí)積極性，不會(huì)產(chǎn)生所學(xué)知識(shí)與生活脫節(jié)的感受。對(duì)于較難理解的知識(shí)點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生搭建驗(yàn)證性電路，觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，思考為什么會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)果，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

1.4 被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)

在任務(wù)型教學(xué)法中， 為了完成任務(wù)，學(xué)生必須主動(dòng)查找資料，主動(dòng)思考解決問(wèn)題的辦法，與小組成員討論完成電路設(shè)計(jì)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主完成電路的制作與調(diào)試，遇到電路故障，需獨(dú)立思考問(wèn)題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用儀器儀表來(lái)檢查出現(xiàn)某種現(xiàn)象的原因以及解決辦法。這種任務(wù)式教學(xué)方法，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生由過(guò)去的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提高了該課程的學(xué)習(xí)效果。

這樣，學(xué)生在明確目標(biāo)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，將所學(xué)理論知識(shí)與生活實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)能夠靈活運(yùn)用，通過(guò)分析、設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試電路，這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)小組成員合作，共同完成一個(gè)綜合任務(wù)，過(guò)程中可以互相討論、有效溝通，既學(xué)到知識(shí)，又學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、與人溝通、分析策劃、動(dòng)手操作，不但可以將所學(xué)零散的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，還可以提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通能力、創(chuàng)新能力、解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，學(xué)生可以逐漸成長(zhǎng)為應(yīng)用技術(shù)型人才。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的實(shí)施

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法需要對(duì)課程的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和提高發(fā)揮性實(shí)驗(yàn)，分別分配一定比例的課時(shí)，教學(xué)過(guò)程包括任務(wù)分析、設(shè)計(jì)制作、成果展示幾個(gè)階段。

首先對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)學(xué)生自愿的原則，每組3人，盡量使各個(gè)小組的總體能力相當(dāng)，每個(gè)成員輪流擔(dān)任組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)電路總體設(shè)計(jì)、小組成員之間任務(wù)分配、與教師溝通和成果展示等。

⑴ 分析任務(wù)。任務(wù)來(lái)源于實(shí)際生活，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)，明確需要哪幾個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，針對(duì)涉及的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料自學(xué)。教師可以將本任務(wù)的實(shí)物教具示范給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)任務(wù)的基本功能有直觀的了解。

⑵ 設(shè)計(jì)制作。根據(jù)所作的任務(wù)分析，小組成員查閱資料、制定方案、設(shè)計(jì)電路。首先使用電路仿真軟件進(jìn)行電路功能仿真；然后組長(zhǎng)對(duì)成員分配功能任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)室小組成員自主完成電路制作和調(diào)試，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)。遇到電路問(wèn)題時(shí)，應(yīng)充分利用儀器儀表，耐心檢查，可尋求教師幫助，還可以上網(wǎng)查閱解決問(wèn)題的方法，這樣能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和解決電路故障的能力，進(jìn)而提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能。

⑶ 成果展示。任務(wù)完成后，由小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)成果展示，將電路設(shè)計(jì)過(guò)程、制作中遇到的問(wèn)題及解決方法與同學(xué)分享，在查閱資料過(guò)程中學(xué)習(xí)了哪些新的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)期望有哪些不同的地方。這個(gè)過(guò)程可以讓學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)鍛煉了表達(dá)能力，學(xué)生之間可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。針對(duì)每個(gè)小組的實(shí)際電路設(shè)計(jì)和成果展示，教師和其他小組共同給作品打分，作為一次實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

成立電子協(xié)會(huì)，開(kāi)展第二課堂作為該課程的有力支撐。電子協(xié)會(huì)可以組織學(xué)生走進(jìn)電子市場(chǎng)，了解市場(chǎng)上不同功能芯片的價(jià)格，然后查看它們的性能，對(duì)芯片的性價(jià)比做到心中有數(shù)，在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)才能選擇最適合的芯片去完成設(shè)計(jì)。以協(xié)會(huì)為載體，教師帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展實(shí)用的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，鼓勵(lì)部分優(yōu)秀的學(xué)生設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試實(shí)用的電子產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。通過(guò)校級(jí)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，篩選出優(yōu)秀的學(xué)生，參加國(guó)家級(jí)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新性，讓高一屆的學(xué)生帶動(dòng)低一屆學(xué)生，能力強(qiáng)的帶動(dòng)能力弱的，形成互幫互助、共同成長(zhǎng)的氛圍，增強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣，提高專(zhuān)業(yè)技能。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課“電路與數(shù)字邏輯”中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)改革，從生活中的實(shí)例入手，帶動(dòng)理論的學(xué)習(xí)和電路的設(shè)計(jì)制作，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立探索、勇于開(kāi)拓進(jìn)取的自學(xué)能力。通過(guò)對(duì)一個(gè)完整任務(wù)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，學(xué)生獲得了滿足感和成就感，從而激發(fā)了他們的求知欲望，形成一個(gè)學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。通過(guò)小組討論和分工合作，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。這種開(kāi)放性、創(chuàng)新性的教育方法，克服了傳統(tǒng)教學(xué)法"只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林"的弊端，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

實(shí)踐證明，任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)法把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，其實(shí)質(zhì)是追求探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，每位學(xué)生根據(jù)個(gè)人對(duì)任務(wù)的理解，查閱資料，將所學(xué)知識(shí)和自學(xué)知識(shí)融合提出方案、解決問(wèn)題，課堂教學(xué)過(guò)程充滿了民主和個(gè)性，課堂氛圍真正活躍起來(lái)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中提高了學(xué)習(xí)興趣，從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得到提高，專(zhuān)業(yè)技能也迅速提高。

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