新工科背景下数字逻辑电路教学改革探索与实践

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　　摘  要 立足数字逻辑电路课程教学现状，阐述新工科背景下，基于在线开放平台，进行数字逻辑电路课程教学改革措施：在布置学生课下结合微视频自学相关知识点的基础上，进行课堂授课，组织学生针对具体课题进行课堂分组讨论汇报，开展翻转课堂教学。接着介绍课程考核方法改革的具体措施，并通过比较课程改革前后学生成绩的变化，列表展示改革取得的成效。最后分析教学方法改革中仍存在的问题及补充措施，为该课程的持续建设指明方向。
　　关键词 新工科;数字逻辑电路;在线开放平台;微视频;翻转课堂
　　Abstract On the basis of introducing the current teaching situation of digital logic circuit course， the measures of teaching reform on digital logic circuit course based on online open platform under the background of ?new subject? are expounded in this paper， which contains： on the basis of arranging students’knowledge points self-study combined with micro-video after class， classroom teaching is carried out， students are organized to group discussion on specific topics in class， or to reverse classroom teaching. Then the concrete measures for the reform of course assessment methods is introduced. By comparing the changes of students’scores before and after the curriculum reform， the results of the reform are shown in a list. Finally， the existing problems and supplementary measures in the reform of teaching methods are analyzed， which points out the direc-tion for the sustainable construction of the course.
　　Key words new engineering; digital logic circuit; online open platform; micro video; flipped classroom
　　1 引言
　　世界范圍内，无论是新经济发展还是新一轮的科技和产业革命，都对高等工程教育的变革发展提出新的挑战。新的挑战不仅要求从战略高度创新高等工程教育的理念，推动高等工程教育的学科专业和人才培养模式建设，积极开展相关政策的研究，更为重要的是，还要求重新认识高等工程教育的本质和内在发展规律[1]。以新技术、新业态、新产业为特点的新经济蓬勃发展，要求综合性大学加快培养当前产业急需人才，主动布局、面向未来，培养出以理科为基础的工科人才需具有新工科的特点[2]。
　　新工科为工程教育的理论和实践探索提供了一个全新的视角，也对高等工科教育设定了“培养多元化、创新型卓越工程人才”的战略目标[3]。如何培养新经济快速发展迫切所需的新型工科人才，成为高等工科教育面临的亟待解决的问题。南通大学作为一所综合性大学，对新工科的研究与实践等问题都提上议程，而电气工程及其自动化专业作为一个“资深”的工科专业，在通过国际工程教育专业认证后，也在积极研究如何培养适应新经济发展的新工科人才的问题。
　　数字逻辑电路课程具有工程实践性强、教学内容复杂、教学方法多样、课程内容分化等特点，是电子、电气类以及信息技术类专业学生学习专业课前必修的一门专业基础核心课程。该课程的设置在课程体系中发挥着至关重要的作用，与后续要学习的模拟电子技术、单片机原理以及微机原理等专业课程都密切相关。目前，很多高校都在致力于数字逻辑电路相关课程教学的改革和建设工作[4]。董玉冰等提出相关课程混合式创新教学方法，运用该方法调动学生的主观能动性和创新性，适合新工科背景下创新工程教育[5]。贾绍芝等提出引进现代科技手段、翻转课堂等多种方法，以提高学生的课堂参与度，通过引入探究式研讨、课程设计等方法，促进学生主动思考、动手实践，培养学生的创新精神和工程实践能力[6]。这些方法都取得良好的教学效果。还有很多教师积极建设相关课程的在线开放平台，并将在线资源的学习作为教学的必要环节，转变了教师教学和学生学习模式，也取得显著效果。
　　2 课程教学现状
　　在过去的六年里，南通大学电气工程学院开设的数字逻辑电路课程经过了一个连续建设的过程。原作为课内实验的数字电子技术实验被调整为独立授课实验，实验指导教师原则上安排数字逻辑电路理论课的授课教师，以适应授课过程的连续性和互补性。面对课时少、授课内容多的矛盾，教师在教学过程中除了帮助学生积累数字逻辑电路的理论基础知识外，还致力于提升学生的自主学习能力，为后续课程的学习打下牢固的基础，适应课程发展的要求。
　　2017年，为适应教学形势的变化，数字逻辑电路课程组教师合力在爱课程网上建成江苏省在线开放课程。课程组教师合理分工，将课程教学内容划分成若干授课知识点，针对各个知识点制作PPT，录制微视频，以供学生在线学习。同时在爱课程网上设立与教学内容相适应的作业题、测试题和考试题，以检测学生的知识点掌握情况。在线开放平台同时设置作业题、测试题的在线批改和反馈功能，学生可以从互相批改作业的过程中加深对知识点的理解，也可以从反馈结果中修正对知识点的错误理解，大大方便了课下学习。 　　在线开放平台建设的同时，课程基本知识点的详解也都可以从网上获得，而课堂环节却缺乏统一规划，任课教师或结合开放平台的基本知识点内容安排教学，或仍然采用原有的方式教学。这些课堂教学方式不能适应教学的长期发展，需要课程组教师集中精力，探索改革课程的教学方式。
　　3 课程教学和考核方法改革的探索与实践
　　为了在数字逻辑电路课程教学中提高课堂的利用率，最终达到提高教学质量的目的，课程组集中讨论了整个教学环节，根据教学大纲，结合在线开放平台的具体知识点内容，有的放矢，统一规划课堂内容，使得课堂环节起到为学生建立知识体系服务的穿针引线的作用。同时，课程组教师也结合在线开放平台的成绩统计功能，对课程考核方法改革作了讨论，制定了新的考核方法。
　　课程教学方法改革  根据教学大纲的要求，教师结合教学总学时，分章节确定具体的教学形式、分配学时。如针对“第一章 数字逻辑概论”，由于该章主要介绍数字信号与数字电路的基本概念、特点及表示方法等内容，而关于这些基础的知识点内容，在线开放平台上已能完整查阅，教师在课堂上针对知识点设疑，引导学生在课下规定的时间内查阅相关微视频内容自学，而在下一课堂对相关知识点的掌握情况进行形式灵活的反馈考查。这种教学形式既节约了课堂时间，又能有效地引导和督促学生在课后自学相关内容，还能在反馈环节了解学生的掌握情况，及时给出对应的修正和补充措施。
　　针对“第四章 组合逻辑电路”，教师在引导学生通过微视频掌握了组合逻辑电路的设计方法后，在课堂上给定一个实际的设计课题，组织学生分组讨论并汇报具体的设计方法。学生就会把微视频的内容和设计课题联系起来，设计具体的电路。在讨论和汇报过程中，教师可以根据学生的具体表现，给出课堂表现成绩，并判断出整体知识点的掌握程度，进行后续的指导。
　　针对“第六章 时序逻辑电路”，借助翻转课堂进行以设计课题为导向的教学。翻转课堂是将知识传授和知识内化颠倒了的教学方法，课下进行知识传授，课内进行知识内化。教师在课前给出具体的设计课题，要求学生在课前自主规划学习内容和学习节奏，通过观看微视频、资料，带着任务进行课题的分组讨论和设计，课上则在教师的主导和引导下进行课题设计汇报。学生间的分组讨论设计，有别于师生间的教学交流，学生更了解初学者对知识点掌握的难点和注意点，切入点更能让学生理解，分组讨论则有助于知识点掌握和运用质量的整体提高。而课堂汇报的环节转变了学生的主被动角色，经自己主动展示的内容，必定经过多次的研究和学习，能增进对知识点的理解与掌握。翻转课堂的教学形式能让学生在设计过程中锻炼新工科人才所需的创新能力，培养一定的工程设计能力和素养，同时能帮助提高表达能力和交流能力。
　　课程考核方法的改革  根据教学大纲的规定，数字逻辑电路的考核成绩由平时成绩和期末考试成绩按3：7组成。在引入在线开放平台后，课程组完善了课程的过程性考核环节，以充实平时成绩的含金量。在“第六章 时序逻辑电路”教学完成后，布置与之内容紧密相关的大作业，让学生在两周内自主完成。学生需要在充分研究课题的基础上，设计电路、选用软件仿真调试，最后写大作业汇报作业过程和结果，分析遇到的问题并得出结论，提出改进措施。教师则根据学生大作业的实施情况、设计情况和分析问题的深度给出大作业成绩。
　　最终，平时成绩由课堂表现、线上单元作业、线上单元测试、期中测试和大作业按2：2：2：3：1组成，具体如表1所示。其中，每章线上单元作业成绩由学生间网上互批得来。在规定的作业完成日后，系统给每份作业随机分配五名批阅的学生以得到五份批阅成绩。最终，该章作业的成绩由这五份批阅成绩去掉最高分和最低分后平均得到。而线上单元作业的总评成绩是由各章作业成绩按学时比重加权平均后得到的。每章线上单元测试成绩由系统根据事先输入的标准答案和评分标准自动给出，而线上单元测试总评成绩就是各章线上单元测试的平均成绩。
　　4 实施效果
　　经过广大师生的高度参与，数字逻辑电路课程教学和考核方法改革已在南通大学电气工程学院实践一个学期，对学院16级和17级电气工程及其自动化专业各随机选一个班级的数字逻辑电路期末总评成绩进行对比。同是引入在线开放平台教学，16级学生采用传统教学方式，17级学生采用改革后的教学方式，如表2所示，对比显示，17级学生的期末成绩明显优于采用传统教学方式的16级学生。可见，数字逻辑电路教学和考核方法改革取得实效。
　　5 教学方法改革中仍存在的问题及补充措施
　　改革后的数字逻辑电路课程教学和考核方法在南通大学电气工程学院实施了一个学期，取得一定的成效，但实施过程中也发现一些问题。
　　1）有一部分学生仍然依赖于教师课堂手牵手地引导学习，还需要多方努力引导其课后自学微视频内容、消化知识点、进行相关课题的设计。
　　2）有一部分学生虽然能适应教学方法的改变，在教师的指导下顺利学习，但有限的表达能力往往制约着其课堂表述和讨论的环节，最终影响其课堂表现成绩。
　　3）分组讨论和翻转课堂的模式使得课堂气氛活跃，而涉及课堂表现得分、量分公平的问题会受到教师主观因素的影响。具体的量分标准需进一步细化，并引入学生的反馈意见。
　　4）翻转课堂需建立在充分准备的基础上，教师和学生双方都要投入大量精力做准备工作，因而在实施中，翻转课堂教学学时只适合占总学时的一部分，而不能完全替代教师授课，翻转课堂比例需根据学生实际情况因人制宜。教师需用开放、发展的态度对待翻转课堂的问题，每年总结各专业的实践经验;课程组讨论下一届的实施细节，并在实践过程中实时讨论、调整实施方案。
　　5）在线开放平台上的微视频资源是有限的，并未列尽大纲要求的所有知识点，后期仍需进一步补充和建设;在线开放平台上还需增加问题库，对常见问题给出标准答案，辅助学生自学时解惑;另外为了方便在线沟通，还需建立师生间、学生间友好方便的网上交流通道，设定在线讨论时间，确保在讨论时间里有教师在线答疑。
　　6 结语
　　在线开放平台被引入数字逻辑电路课程教学，起到积极的作用。课堂教学方法和考核方式的改革，必将使得网上教学资源得到更充分的应用，课堂环节发挥更重要的作用，学生能力得到多方面的提升。数字逻辑电路离一门成熟的课程还存在差距，还需要课程组教师通力合作，持续进行课程的改革和完善工作。
　　参考文献
　　[1]赵四化，袁慧，王琪.新工科背景下自动化专业应用型人才培养模式研究[J].成都工业学院学报，2019，22（1）：98-101.
　　[2]李虹.基于本土化内涵演变的“新工科”人才培養路径研究[J].教育现代化，2019，6（6）：1-4.
　　[3]徐晓飞，丁效华.面向可持续竞争力的新工科人才培养模式改革探索[J].中国大学教学，2017（6）：6-10.
　　[4]林纯，吴晓新，王建平.开设“电子系统综合设计”课程 培养学生实践能力[J].实验室研究与探索，2015，34（2）：163-166.
　　[5]董玉冰，李明晶.新工科背景下混合式创新教学在数字电子课程中的应用探索[J].长春大学学报，2017，27（10）：117-120.
　　[6]贾绍芝，陈彬兵，刘婕，等.适应“新工科”发展的“数字电子技术基础”课程教学探索[J].工业和信息化教育，2018（12）：6-10.
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