蔡春曉　孟德明　周巍　李燕龍

【摘 要】針對(duì)目前的電子類實(shí)踐教學(xué)模式下，分析了目前數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，提出基于口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)的自主學(xué)習(xí)模式的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)改革方案，包括口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計(jì)，建立團(tuán)隊(duì)機(jī)制，訓(xùn)練工程交流能力等，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)管理，優(yōu)化課程網(wǎng)絡(luò)資源。實(shí)踐結(jié)果表明，改革方案對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性是有效的。

【關(guān)鍵詞】口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)；數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)；自主式學(xué)習(xí)；實(shí)踐教學(xué)

The Experimental Reform and Practice of Self Regulated Learning in Digital Logic Experiment Based on Pocket Experiment Machine

CAI Chun-Xiao MENG De-Ming ZHOU Wei LI Yan-Long

（National Demonstration Center for Experimental electronic circuit Education （Guilin University of Electronic Technology）Guangxi Guilin，541004，China）

【Abstract】In view of the electronic practice teaching mode at present， analyzes the current problems existing in the experiment of digital logic， the autonomous learning mode of pocket experimental machine digital logic experiment reform scheme based on， including the design of pocket experiment machine， we emphasize the students design， build team system， training the engineering ability to communicate at the same time， strengthen the management of experiment preparation link the optimization of course， cyber source. The practice results show that the reform program is effective to improve the enthusiasm and initiative of the students.

【Key words】Pocket Experiment Machine； Digital Logic Experiment；Autonomous Learning；Practice Teaching

目前的電子類實(shí)踐教學(xué)模式下，學(xué)生的實(shí)踐方式主要是在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行，按固定的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，從很多方面顯露出不足。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)不主動(dòng)，自主學(xué)習(xí)能力差，解決問(wèn)題能力差等問(wèn)題。目前國(guó)外很多高校已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施口袋實(shí)驗(yàn)室的探索，如英國(guó)德蒙福特大學(xué)為學(xué)生準(zhǔn)備了一套基于微控制器或FPGA的最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板作為口袋實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，學(xué)生在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，均可以此平臺(tái)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。另一方面，國(guó)際知名公司也紛紛注意到“口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)”在高校中的流行趨勢(shì)，并積極推出相關(guān)產(chǎn)品支持這一實(shí)踐教學(xué)模式。該實(shí)踐教學(xué)模式可以充分培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)空間、解決實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限的問(wèn)題。本文主要介紹如何利用“口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)”開(kāi)展自主學(xué)習(xí)模式的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)改革。

1 自主式學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)是（5V保護(hù)電源+通用芯片座+若干邏輯開(kāi)關(guān)+若干LED電平指示+若干數(shù)碼管顯示+脈沖源+調(diào)試邏輯筆+自定義器件），可以完成大實(shí)驗(yàn)箱的所有的功能。學(xué)生攜帶數(shù)電實(shí)驗(yàn)口袋機(jī)出實(shí)驗(yàn)室，基本在課外或課內(nèi)完成數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)的所有實(shí)驗(yàn)，既可以改善實(shí)驗(yàn)室資源不足的問(wèn)題，又可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

自主式學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)工程，不僅要進(jìn)行軟硬件的設(shè)計(jì)和更新采購(gòu)，還有相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)課程改革、實(shí)驗(yàn)室管理制度改革等工作。根據(jù)口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，提出了以下培養(yǎng)方案。

1.1 強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計(jì)

改革實(shí)驗(yàn)方式，即摒棄傳統(tǒng)的給定課題、給定實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，改為給出課題要求，由學(xué)生構(gòu)思設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定設(shè)計(jì)方案。最后根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)施直至最后調(diào)試運(yùn)行，使學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)都能得到訓(xùn)練。

由于整個(gè)過(guò)程均以學(xué)生為主體，由學(xué)生自己決定具體的預(yù)期功能、設(shè)計(jì)方案及最終實(shí)施，極大刺激了學(xué)生的探索心理與設(shè)計(jì)欲望，顯著提高工程實(shí)踐課程的訓(xùn)練效果。

1.2 建立團(tuán)隊(duì)機(jī)制

團(tuán)隊(duì)合作精神是現(xiàn)代工程師應(yīng)具備的重要素質(zhì)之一。作為工程實(shí)踐類課程，從構(gòu)思選題、方案選擇再到元件準(zhǔn)備再到最后實(shí)施，工作量大。因此，基于口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)實(shí)施數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)時(shí)，要求首先確定團(tuán)隊(duì)。一般以2-3人一組，設(shè)置小組長(zhǎng)一名，負(fù)責(zé)全組的設(shè)計(jì)開(kāi)展工作。

1.3 訓(xùn)練工程交流能力

傳統(tǒng)工科教育側(cè)重于技術(shù)本身，然而超技術(shù)范圍的個(gè)人素質(zhì)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用。其中，交流表達(dá)能力是重要因素之一。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程時(shí)，采取了以下措施，分別從口頭表達(dá)與書(shū)面表達(dá)兩方面來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)能力。

1.3.1 增加課程討論環(huán)節(jié)

要求團(tuán)隊(duì)內(nèi)部成員進(jìn)行討論，給出綜合設(shè)計(jì)方案。然后再以團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，即要求學(xué)生不但能看到其他團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，也要能指出對(duì)方方案的缺點(diǎn)，并充分闡述設(shè)計(jì)方案的理由等。endprint

1.3.2 增加方案陳述環(huán)節(jié)

專門(mén)設(shè)置方案陳述環(huán)節(jié)，要求各團(tuán)隊(duì)制作演示文檔并對(duì)方案作說(shuō)明。聽(tīng)取方案說(shuō)明的對(duì)象主要為工程經(jīng)驗(yàn)豐富的老師與校外工程師。方案說(shuō)明會(huì)后對(duì)各團(tuán)隊(duì)給出評(píng)價(jià)，作為課程總評(píng)的一部分。

1.3.3 重視設(shè)計(jì)文檔

書(shū)面表達(dá)能力顯然是表達(dá)能力的重要組成部分。要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。報(bào)告中除了要求詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)目標(biāo)、參數(shù)指標(biāo)、結(jié)果展示等，還要求闡明團(tuán)隊(duì)成員承擔(dān)的主要任務(wù)，對(duì)課題任務(wù)完成作出的貢獻(xiàn)等。

2 具體實(shí)施方案

在第二次實(shí)驗(yàn)（組合邏輯電路設(shè)計(jì)與測(cè)試）開(kāi)課后，學(xué)生對(duì)數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)有了一定概念后，將數(shù)電實(shí)驗(yàn)口袋機(jī)發(fā)放給學(xué)生，配備若干導(dǎo)線和芯片，說(shuō)明使用實(shí)驗(yàn)小板要求和布置每節(jié)課實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及驗(yàn)收評(píng)分要求，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)生領(lǐng)到實(shí)驗(yàn)小板后，可以在實(shí)驗(yàn)室上課，還可以帶出實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及課外復(fù)習(xí)等?？梢岳脭?shù)電實(shí)驗(yàn)口袋機(jī)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的系列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器及其應(yīng)用、計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用、順序脈沖與序列脈沖發(fā)生器、基于555的兩位可逆計(jì)數(shù)器等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

為了適應(yīng)自主學(xué)習(xí)模式，相關(guān)配套資源的建設(shè)如下：

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告一體化模板：實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)問(wèn)題，一是學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目個(gè)數(shù)多，需要學(xué)生花大量時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)；二是過(guò)多的實(shí)驗(yàn)報(bào)告導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量不高，抄教材甚至互相抄襲。為此，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行如下改革：對(duì)于基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，提供統(tǒng)一電子模板，學(xué)生只需記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展內(nèi)容，需要遞交完整的設(shè)計(jì)報(bào)告。這樣，既可以減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)又兼顧了報(bào)告的完整性。提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板使學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，使預(yù)習(xí)有很強(qiáng)的針對(duì)性。

（2）電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站建設(shè)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化課程學(xué)習(xí)加深學(xué)生對(duì)同修理論課程知識(shí)的理解，強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)能力，提高創(chuàng)新思維能力，突出以學(xué)生為中心的理念。為學(xué)生合理利用“碎片化”學(xué)習(xí)時(shí)間，拓展課程理解的深度、難度，實(shí)行跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨院系選課和學(xué)習(xí)提供了新的途徑，替代傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空拓展。發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)：興趣引導(dǎo)，資源開(kāi)放，時(shí)間隨意，地點(diǎn)不限，反復(fù)學(xué)習(xí)。依托和共享的教學(xué)資源，滿足不同層次教學(xué)需求和學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)提供了良好的途徑。通過(guò)建設(shè)課程網(wǎng)站，為學(xué)生提供了全部課題的教案、課件、實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)視頻等內(nèi)容，為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)、課后總結(jié)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)創(chuàng)造了條件。學(xué)生還可在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（虛擬實(shí)驗(yàn)），將課堂進(jìn)行了有效的延伸。此外，網(wǎng)站為教學(xué)交流提供了優(yōu)良的環(huán)境，教師可及時(shí)發(fā)布教學(xué)信息，包括資料、教學(xué)安排以及教學(xué)內(nèi)容的更新等；學(xué)生可即時(shí)反饋意見(jiàn)，拓寬了師生交流的平臺(tái)。

3 教學(xué)效果調(diào)查與分析

為調(diào)查數(shù)電實(shí)驗(yàn)口袋機(jī)的實(shí)際使用效果，設(shè)計(jì)了調(diào)查表，發(fā)給120位學(xué)生進(jìn)行調(diào)研。

表1

調(diào)查結(jié)果表明：

（1）實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板使學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，使預(yù)習(xí)有很強(qiáng)的針對(duì)性；

（2）實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)小板方便學(xué)生在宿舍做實(shí)驗(yàn)，方便邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，也方便宿舍成員間交流探討，釀造熱愛(ài)學(xué)習(xí)的氛圍，也方便復(fù)習(xí)和鞏固未掌握的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（3）實(shí)驗(yàn)室提供的課件和視頻方便了學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)課堂上講授的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，直至理解、操作熟練。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，基于“口袋實(shí)驗(yàn)機(jī)模式”的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程的改革，極大地提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性，初步培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。

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