论文部分内容阅读
[摘 要] 在学科与专业背景下，探讨以问题为导向的教学改革设计，形成探究式教学过程，培养和激发学生学习兴趣、长期的关注力，再通过问题的解决方案实现，从而促进专业知识体系的形成和专业素质、专业能力的提升。
[关 键 词] 数字逻辑；教学改革；问题设计；关注力
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0080-02
一、引言
数字电路课程是电子类学科重要的基础课程，具有理论教学和实验教学相结合的特点，数字电路一般开设在较早的低年级阶段，是进入专业课程结构体系学习的开端，此时，在专业介绍的基础上，通过构建专业课程的知识结构关系图，辅以有关课程设计，以及知识综合应用的专业设计，不仅能够增进学生对专业本身的认识和理解，也能够促进学生对学习目标的更好把握，学什么、怎样学的问题就更加明晰。通过专业设计模式的教学改革[1-4]，从而激发学生学习的兴趣，培养学生长期的学习关注力。
以数字电路课程为先导，结合后继专业课程形成以专业设计为导向的探究式、系统性的教学改革，实现启发式、引导式教学，通过问题的驱动有效促进学生专业综合素质与知识创新应用能力的培养。
二、数字电路课程教学的分析与研究
电路可以总括为模拟电路和数字电路，从1906年电子管诞生后人类进入电子时代，之后相继研发出半导体器件和集成电路器件，人类又进入数字时代。在此背景下，数字电路课程（也称逻辑电路，或数字技术基础课程等名称）的内容得到不断发展和补充，近几十年来，该课程的主要内容仍然是逻辑代数基础、门电路及其设计原理，组合逻辑电路和时序逻辑电路，以及专用功能的逻辑电路，如模数/数模电路等，但新的技术也不断补充到教学内容，如可编程逻辑电路知识等。
对电子类学科或专业而言，除基础理论研究外，一个突出的特点就是知识的设计应用，特别是数字电子技术应用极其广泛，而电子技术应用设计按功能结构一般可以分为三个大模块，即控制模块、驱动模块、接口。数字逻辑课程涉及的知识，主要应用在驱动模块、接口电路中。为此，在教学过程中，除了讲授专业知识和技术外，还要结合应用特点，并围绕课程设计进行应用性分析。
三、以问题导向的探究式教学改革
探究式教学应从课程和专业两个层面进行规划，实现课程设计和专业设计，通过问题设计，建立相应的可行性技术方案，将专业知识系统地联系起来。问题设计要以课程设计为基础，专业设计为提升的目标，在学习实践过程中，采用先行导入的方式，即在首门专业课程教学开始的时候，或开设专门的导入课程，来部署问题设计方案，这样能够改变传统的学生被动学习模式，从而激励学生自主学习或主动学习。
课程设计主要是促进学生积累经验和自我学习能力的培养，进而加强学生对知识学习与知识创造应用能力的培养。例如，数字电路课程设计，应放在学科或专业的背景进行分析研究，突出课程知识的学习外，还要构建相关课程知识的联系，培养学生初步构建专业意识，以及知识学习、知识应用的全面性和系统性。
专业设计主要是将相关课程知识融会贯通，实现学生专业技能综合培养。在实施问题导向的教学实践中，要构建相应的评价目标，组织保障，以及相关设计原则等措施，推进教学改革的良性发展。
（一）基础教学环境评价
教学环境是实施教学的基本资源，如师资队伍、学生的组织与管理、实验平台、见习实习场地等校内外教学资源，这也是进行课程设计的基本要素，影响到课程设计的范围、难易程度、可行性等，进行教学环节评价就是确定课程设计的可行性方案内容之一。
就师资队伍而言，要组织好理论教学、实验教学、实习指导等分工，进而在课程设计、专业设计中承担具体任务分工，以及对学生进行组织、部署和实施设计任务。
（二）制订学习计划
对课程设计和专业设计的方案，要部署学生的学习计划，要求学生在教学进程中，完成阶段性或整体目标任务，在学习过程中动态掌握学生的学习状况。
（三）实施成效评价
建立考核目标，确立考核方式。按照课程设计和专业设计的方案，建立考核目标评测点，对学生在知识掌握和应用能力等方面上进行目标考核，可以结合传统的考试、考查等方式，来对知识掌握情况进行测试；而对知识应用能力上，如通过答辩等形式对应用设计方案进行评价，同时，加强在教学进程中的动态测评和观测评价。
（四）组织保障
建立领导组织机构，抓教学改革的实施。在学生组织管理上，可采用学习小组模式，围绕设计目标，定期开展学习交流研讨，加强学生交流合作，培養团队协作意识。
（五）课程设计的原则
课程设计的目标：以学生学习和问题导向为中心进行规划设计方案，学生学习为中心就是强调课程的组织形式要产生于学生的需要、兴趣和目的；问题导向中心的设计更强调集体的作用，学生在追求兴趣的过程中，会碰到某些必须加以克服的困难和障碍，把困难构成真正的、学生渴望以挑战而接受的问题[5]，从而聚集力量来解决问题。
课程设计的内容主要分为三个层次进行设计，一是实现任务的原理和技术准备及其分析，形成明确的技术路线；二是应用设计，实现任务的技术方案，三是动手搭建实验环境，实现具体任务功能。
课程设计结合教学内容和相关教学活动进行计划、组织、实施、评价、修订，以最终达到课程教学目的。课内与课外相结合，问题设计中所涉及的知识结构，除了课程中的知识外，必然也涉及一定的课外知识和技术等内容，并明确这部分知识的获取方法和途径，以便学生能够在课余进行自学，以期锻炼与培养学生探求新知识的方法和能力。阶段性与整体性相结合，因为问题设计是面向专业学习过程，阶段性目标要明晰，并要明确该目标在整体中的关系。教学与研讨相结合，随着教学的推进，要围绕问题进行分析与研讨，对阶段性的目标完成情况进行总结，促进目标的实现。 （六）专业设计的方法
专业设计是建立在课程设计的基础上，尽可能涵盖更多的课程设计内容，进行方案规划。此时，通过几年课程设计的学习和训练后，学生的知识储备、学习研究能力，以及解决问题的能力都具有一定的水平，专业设计确定具体任务要求和目标，就可以组织学生开展专业设计的教学实践活动。当然，对能力较弱的学生或学习小组，就要针对具体情况给出详细的专业设计方案，并指导他们进行专业设计教学。
此时，专业设计方案应包括：（1）问题的导入分析，将任务目标明确到课程所涉及的知识、技术基础环节；（2）围绕任务目标，进一步明确课程設计方案实现的技术路线；（3）解决问题的技术集成，形成专业设计方案。
探索以问题导向的探究式教学改革，关键在于课程设计和专业设计上，并辅助于计划、组织、实施、评价等教学环节，着力激发学生自主能力、学习兴趣，以及学习关注力，开阔知识视野，培养知识应用综合技能，训练创新思维。
四、案例设计分析
就电子类专业而言，培养方案所涉及的课程主要有这样几种类型：电子类专业知识课程，如数字电路、线性电路等；与之结合的控制类课程，如微机原理、单片机、程序设计等；以及人文素养类课程等。好的设计方案能够涵盖这些课程，或者包含更多的主要课程知识内容，从而系统地融合专业知识架构，使学生能够更深刻地理解专业特点，促进专业素质培养。
本案例以幼儿益智产品设计与开发为例进行分析。
（一）功能分析
该任务分为应用功能和设计功能等方面。应用功能就是实现幼儿在家长的引导下，感知数字符号和音乐乐符，可以结合声光特效增强感知效果。
设计功能分为输入模块、处理模块、输出模块，以及辅助设计功能等。输入模块，包括键盘设计、信号处理、接口实现等。处理模块，包括程序设计、接口设计、驱动控制设计（如单片机）等。输出模块，包括声/光效果处理、显示屏幕、接口实现等。产品定型，完成可用性时要考虑几个方面，如外形材料、产品安全等。
（二）课程设计
从功能分析可知，该案例涉及许多课程知识和课程外相关技术，程序设计、单片机技术、信号处理技术、数字电路等课程。
就案例中接口技术的要求，更多地集中在数字电路课程知识的应用，主要包括电路状态的锁存、数据传输的通道处理、声音与光控制与驱动等，为此，在对数字电路课程设计时，要求设计若干任务目标，明确完成相关技术的实现，并在实验平台上进行验证[6]。
五、方案优化
（一）功能扩展
方案设计的扩展，也可以从也应用功能和设计功能分别进行扩展，增加更多功能，实现更多的实用性。如在本案例中，通过功能扩展可以实现拼音字母的认识，或英文字母的识字等；对设计功能上的扩展是要增强应用功能为目的扩展，对幼儿的体重、身高测量，以及手或手指的力量测量等功能，这又涉及数据处理功能扩展，就要增加接口（蓝牙、无线、USB等）实现数据迁移，同时，内含软件功能的升级等。
（二）优选
从上述分析看到，就某个具体功能可能有多种实现方法，如键盘设计，如何进行选定最终实现，就需要优选，选择的主要因素不仅涉及技术层面的知识，还能体现学生的社会人文素养，包括节能意识、安全、降低成本问题等综合素质。
六、总结
作为专业基础课程，数字电路课程对学生建立专业知识体系具有十分重要的作用，切入以问题为导向的教学模式的改革，能够激发学生学习兴趣，培养长期的学习关注力，再通过问题的解决方案实现，更有效促进学生专业知识体系的形成和专业素质、专业能力的提升，激发和培养学生创新意识，对知识创造性应用的能力培养能够发挥积极作用。
参考文献：
[1]李艳玲.数字电路课程的教学改革与实践[J].大学教育，2013（2）：129-130.
[2]茅云杰.远程虚拟电路实验的研究及实现[D].浙江大学，2006.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2016.
[4]赵柏树.数字电路实验教学改革的实践与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005（10）：25-26.
[5]刘银萍，陈慧珊.“数字电子技术”实验教学改革的探讨[J].实验室研究与探索，2006（8）：981-983.
[6]刘浩斌.数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2007.
[关 键 词] 数字逻辑；教学改革；问题设计；关注力
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0080-02
一、引言
数字电路课程是电子类学科重要的基础课程，具有理论教学和实验教学相结合的特点，数字电路一般开设在较早的低年级阶段，是进入专业课程结构体系学习的开端，此时，在专业介绍的基础上，通过构建专业课程的知识结构关系图，辅以有关课程设计，以及知识综合应用的专业设计，不仅能够增进学生对专业本身的认识和理解，也能够促进学生对学习目标的更好把握，学什么、怎样学的问题就更加明晰。通过专业设计模式的教学改革[1-4]，从而激发学生学习的兴趣，培养学生长期的学习关注力。
以数字电路课程为先导，结合后继专业课程形成以专业设计为导向的探究式、系统性的教学改革，实现启发式、引导式教学，通过问题的驱动有效促进学生专业综合素质与知识创新应用能力的培养。
二、数字电路课程教学的分析与研究
电路可以总括为模拟电路和数字电路，从1906年电子管诞生后人类进入电子时代，之后相继研发出半导体器件和集成电路器件，人类又进入数字时代。在此背景下，数字电路课程（也称逻辑电路，或数字技术基础课程等名称）的内容得到不断发展和补充，近几十年来，该课程的主要内容仍然是逻辑代数基础、门电路及其设计原理，组合逻辑电路和时序逻辑电路，以及专用功能的逻辑电路，如模数/数模电路等，但新的技术也不断补充到教学内容，如可编程逻辑电路知识等。
对电子类学科或专业而言，除基础理论研究外，一个突出的特点就是知识的设计应用，特别是数字电子技术应用极其广泛，而电子技术应用设计按功能结构一般可以分为三个大模块，即控制模块、驱动模块、接口。数字逻辑课程涉及的知识，主要应用在驱动模块、接口电路中。为此，在教学过程中，除了讲授专业知识和技术外，还要结合应用特点，并围绕课程设计进行应用性分析。
三、以问题导向的探究式教学改革
探究式教学应从课程和专业两个层面进行规划，实现课程设计和专业设计，通过问题设计，建立相应的可行性技术方案，将专业知识系统地联系起来。问题设计要以课程设计为基础，专业设计为提升的目标，在学习实践过程中，采用先行导入的方式，即在首门专业课程教学开始的时候，或开设专门的导入课程，来部署问题设计方案，这样能够改变传统的学生被动学习模式，从而激励学生自主学习或主动学习。
课程设计主要是促进学生积累经验和自我学习能力的培养，进而加强学生对知识学习与知识创造应用能力的培养。例如，数字电路课程设计，应放在学科或专业的背景进行分析研究，突出课程知识的学习外，还要构建相关课程知识的联系，培养学生初步构建专业意识，以及知识学习、知识应用的全面性和系统性。
专业设计主要是将相关课程知识融会贯通，实现学生专业技能综合培养。在实施问题导向的教学实践中，要构建相应的评价目标，组织保障，以及相关设计原则等措施，推进教学改革的良性发展。
（一）基础教学环境评价
教学环境是实施教学的基本资源，如师资队伍、学生的组织与管理、实验平台、见习实习场地等校内外教学资源，这也是进行课程设计的基本要素，影响到课程设计的范围、难易程度、可行性等，进行教学环节评价就是确定课程设计的可行性方案内容之一。
就师资队伍而言，要组织好理论教学、实验教学、实习指导等分工，进而在课程设计、专业设计中承担具体任务分工，以及对学生进行组织、部署和实施设计任务。
（二）制订学习计划
对课程设计和专业设计的方案，要部署学生的学习计划，要求学生在教学进程中，完成阶段性或整体目标任务，在学习过程中动态掌握学生的学习状况。
（三）实施成效评价
建立考核目标，确立考核方式。按照课程设计和专业设计的方案，建立考核目标评测点，对学生在知识掌握和应用能力等方面上进行目标考核，可以结合传统的考试、考查等方式，来对知识掌握情况进行测试；而对知识应用能力上，如通过答辩等形式对应用设计方案进行评价，同时，加强在教学进程中的动态测评和观测评价。
（四）组织保障
建立领导组织机构，抓教学改革的实施。在学生组织管理上，可采用学习小组模式，围绕设计目标，定期开展学习交流研讨，加强学生交流合作，培養团队协作意识。
（五）课程设计的原则
课程设计的目标：以学生学习和问题导向为中心进行规划设计方案，学生学习为中心就是强调课程的组织形式要产生于学生的需要、兴趣和目的；问题导向中心的设计更强调集体的作用，学生在追求兴趣的过程中，会碰到某些必须加以克服的困难和障碍，把困难构成真正的、学生渴望以挑战而接受的问题[5]，从而聚集力量来解决问题。
课程设计的内容主要分为三个层次进行设计，一是实现任务的原理和技术准备及其分析，形成明确的技术路线；二是应用设计，实现任务的技术方案，三是动手搭建实验环境，实现具体任务功能。
课程设计结合教学内容和相关教学活动进行计划、组织、实施、评价、修订，以最终达到课程教学目的。课内与课外相结合，问题设计中所涉及的知识结构，除了课程中的知识外，必然也涉及一定的课外知识和技术等内容，并明确这部分知识的获取方法和途径，以便学生能够在课余进行自学，以期锻炼与培养学生探求新知识的方法和能力。阶段性与整体性相结合，因为问题设计是面向专业学习过程，阶段性目标要明晰，并要明确该目标在整体中的关系。教学与研讨相结合，随着教学的推进，要围绕问题进行分析与研讨，对阶段性的目标完成情况进行总结，促进目标的实现。 （六）专业设计的方法
专业设计是建立在课程设计的基础上，尽可能涵盖更多的课程设计内容，进行方案规划。此时，通过几年课程设计的学习和训练后，学生的知识储备、学习研究能力，以及解决问题的能力都具有一定的水平，专业设计确定具体任务要求和目标，就可以组织学生开展专业设计的教学实践活动。当然，对能力较弱的学生或学习小组，就要针对具体情况给出详细的专业设计方案，并指导他们进行专业设计教学。
此时，专业设计方案应包括：（1）问题的导入分析，将任务目标明确到课程所涉及的知识、技术基础环节；（2）围绕任务目标，进一步明确课程設计方案实现的技术路线；（3）解决问题的技术集成，形成专业设计方案。
探索以问题导向的探究式教学改革，关键在于课程设计和专业设计上，并辅助于计划、组织、实施、评价等教学环节，着力激发学生自主能力、学习兴趣，以及学习关注力，开阔知识视野，培养知识应用综合技能，训练创新思维。
四、案例设计分析
就电子类专业而言，培养方案所涉及的课程主要有这样几种类型：电子类专业知识课程，如数字电路、线性电路等；与之结合的控制类课程，如微机原理、单片机、程序设计等；以及人文素养类课程等。好的设计方案能够涵盖这些课程，或者包含更多的主要课程知识内容，从而系统地融合专业知识架构，使学生能够更深刻地理解专业特点，促进专业素质培养。
本案例以幼儿益智产品设计与开发为例进行分析。
（一）功能分析
该任务分为应用功能和设计功能等方面。应用功能就是实现幼儿在家长的引导下，感知数字符号和音乐乐符，可以结合声光特效增强感知效果。
设计功能分为输入模块、处理模块、输出模块，以及辅助设计功能等。输入模块，包括键盘设计、信号处理、接口实现等。处理模块，包括程序设计、接口设计、驱动控制设计（如单片机）等。输出模块，包括声/光效果处理、显示屏幕、接口实现等。产品定型，完成可用性时要考虑几个方面，如外形材料、产品安全等。
（二）课程设计
从功能分析可知，该案例涉及许多课程知识和课程外相关技术，程序设计、单片机技术、信号处理技术、数字电路等课程。
就案例中接口技术的要求，更多地集中在数字电路课程知识的应用，主要包括电路状态的锁存、数据传输的通道处理、声音与光控制与驱动等，为此，在对数字电路课程设计时，要求设计若干任务目标，明确完成相关技术的实现，并在实验平台上进行验证[6]。
五、方案优化
（一）功能扩展
方案设计的扩展，也可以从也应用功能和设计功能分别进行扩展，增加更多功能，实现更多的实用性。如在本案例中，通过功能扩展可以实现拼音字母的认识，或英文字母的识字等；对设计功能上的扩展是要增强应用功能为目的扩展，对幼儿的体重、身高测量，以及手或手指的力量测量等功能，这又涉及数据处理功能扩展，就要增加接口（蓝牙、无线、USB等）实现数据迁移，同时，内含软件功能的升级等。
（二）优选
从上述分析看到，就某个具体功能可能有多种实现方法，如键盘设计，如何进行选定最终实现，就需要优选，选择的主要因素不仅涉及技术层面的知识，还能体现学生的社会人文素养，包括节能意识、安全、降低成本问题等综合素质。
六、总结
作为专业基础课程，数字电路课程对学生建立专业知识体系具有十分重要的作用，切入以问题为导向的教学模式的改革，能够激发学生学习兴趣，培养长期的学习关注力，再通过问题的解决方案实现，更有效促进学生专业知识体系的形成和专业素质、专业能力的提升，激发和培养学生创新意识，对知识创造性应用的能力培养能够发挥积极作用。
参考文献：
[1]李艳玲.数字电路课程的教学改革与实践[J].大学教育，2013（2）：129-130.
[2]茅云杰.远程虚拟电路实验的研究及实现[D].浙江大学，2006.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2016.
[4]赵柏树.数字电路实验教学改革的实践与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005（10）：25-26.
[5]刘银萍，陈慧珊.“数字电子技术”实验教学改革的探讨[J].实验室研究与探索，2006（8）：981-983.
[6]刘浩斌.数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2007.