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本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。数字逻辑论文数字艺术论文数字逻辑课程的探究性教学研究与实践摘要:针对目前数字逻辑课程教学中存在的问题,在分析数字逻辑课程的特点、教学现状和探究性教学方法的内涵的基础上,本文提出将探究性教学方法应用于“数字逻辑”教学过程中的观点。教学实践表明,探究性教学方法提高了学生学习的积极性和主动性,培养了学生的思维能力和创新能力,进一步加深了对数字逻辑的原理、知识、概念的理解,为后续课程的学习奠定了坚实的基础。 关键词:数字逻辑;探究教学;探究学习; 数字逻辑课程是计算机专业学生必修的基础课之一,本课程的教学目的是使学生获得数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,是计算机专业本科生后续课程和研究生课程的基础,在专业课程体系中占有重要地位。 探究性教学是著名教育家施瓦布于20世纪中叶提出的一种全新的教学方法1。这种方法要求是在教师精心设计指导下,通过预先的设计和组织,引导启发学生在学习中发现问题,进行探讨和研究,寻求出解决方法。把课堂授课从教师展现知识的过程转变为学生探究知识的过程。以便充分发挥学生学习的主动性和积极性,培养学生独立思考能力2。如今探究性教学已成为美国科学教育中最重要和最有影响的教学方法。新形势下如何深入理解探究性教学方法的内涵和特点,切实将其应用于“数字逻辑”的教学活动中,是一个非常有价值的研究课题。 1研究背景 1.1数字逻辑课程的特点 数字逻辑课程的主要任务是使学生掌握数字电子技术的基本原理,熟悉基础知识和基本技能;熟悉数字集成电路的工作原理、特性和功能;掌握逻辑电路的分析及设计方法;具备正确运用中小规模数字集成电路的能力,培养学生对数字系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力;为后续如计算机组成原理、微机原理与应用、计算机接口技术和单片机原理与应用等课程打下牢固的硬件基础。 数字逻辑课程的特点是理论和实践紧密结合。理论性比较强,涉及多方面的数理知识,而且每一个知识点都比较抽象,并且要求学生能够运用所学的知识对具体的电路进行分析。实践过程中,要求学生对学过的知识点进行综合运用,能够学会设计一些典型的数字电路。但是目前教学中存在不少问题,在教学方式上,很多教师以讲授的教学方式为主,将书本上现成的结论、公式和定理告诉学生,使学生不能主动地思考和探索;在教学效果上,学生也只是机械地记住了若干公式定理,在面对具体问题的时候,不知如何运用相应的知识去解决实际的问题。 1.2探究性教学的内涵 探究泛指一切努力解决问题,寻求答案的过程。它往往是一种有目的、有计划、有组织的活动。教学中的探究是指学生在教师的指导下,为获得科学素养,以类似科学探究的方式所展开的学习活动,是教师在现实材料的基础上,创设一种类似于学术研究的情境,构建一个开放性的活动课程。通过学生自主、独立地发现问题、实验、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动,获得知识与技能,体验发现与创造,发展情感与态度的教学方式和教学过程3。 探究性教学的目的在于启发学生探究的动机,鼓励学生在探究过程中的表现,以增进学生科学探究能力的发展。从本质上看,它是教师通过课程内容及教学活动,灵活创设情境,利用设疑抛砖引玉,充分调动学生的积极性,激发和助长学生探究行为的一种教学形式。即是利用探究思考使学生主动解疑的策略,并配合课程,让学生有应用想象力的机会,培养学生独创和精密的思考探究能力,形成探索未知世界的科学精神和科学态度。 2数字逻辑课程的探究性教学 探究性教学能否在数字逻辑课堂中进行?这是实施探究教学所不能回避的问题。建构主义认识论认为,学生的认识是一种能动的建构过程,而不是被动的接受过程。问题解决是开展建构性认识或学习的有效过程,而科学探究正是解决问题的一种方式。因此探究性教学引入数字逻辑课程教学有坚实的理论基础。下面从三方面来说明数字逻辑课程的探究性教学。 2.1课堂教学中的探究 在探究型课堂中,应通过教学中问题展示的外因,充分调动学生主动、积极、自觉思维的内因,恰当调节教学节奏,活跃教学气氛,生动教学手段,提高教学效果。善教者必善问,怎样设疑,于何处设疑,往往会影响学生思维的品质2。 在数字逻辑课程中,一个好的问题既要与数字逻辑的概念紧密相连,又要能引发学生的研究兴趣。在实际教学中,笔者围绕计算机的工作原理及实际系统工程设计将数字逻辑的内容有层次有重点地进行讲述,尽量采用与计算机有关的通俗例子。例如在第一章讲解数制及常用的编码的时候,我给学生提出的问题是我们输入到计算机中的内容在计算机中是以什么方式存储的?计算机是如何进行加减运算的?这些与计算机的工作原理密切相关的问题引起了学生极大的兴趣。在讨论的过程中加深了学生的学习兴趣,同时把这一章的重点二进制及补码运算在讨论的过程中给学生进行了讲解,使学生对重点内容加深了理解。 在讲解时序逻辑电路时,笔者给学生提出的问题是如何进行一个“数字钟的设计”。要求数字钟具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示;小时计时以一昼夜为一个周期(即24进制),分和秒计时为60进制;具有校时功能,可在任何时刻将其调至标准时间或者指定时间。针对这个问题,学生以小组形式在课余时间进行了设计,提出各种设计方案,这样既加深了学生的学习热情,同时培养了学生的创新性思维。在课堂实际教学中,根据学生提出的具有典型性的设计方案对时序逻辑电路进行讲解,指出学生在设计中存在的不合理的地方,同时着重介绍时序电路的分析与设计方法,不偏重于讲解电路设计技巧,多讲计算机最基本的器件,如寄存器、计数器、序列检测器等,重点放在同步时序逻辑电路的讲解上,对异步时序逻辑电路仅作一般性的介绍。这样既突出了重点,又利用探究思考使学生能够主动解疑,并配合课程,让学生有应用想象力的机会,培养学生独创和精密的思考探究能力。实践证明,探究式的课堂教学方式提高了学生的学习积极性、主动性,使学生产生学习需要,培养了学生的问题意识和创新精神。 2.2实验教学中探究 在传统的课程教学中,教师往往只是注重纯理论知识的传授,如集成门电路与触发器、组合及时序逻辑电路等。面对抽象的没有任何物理含义的纯理论知识,学生不能在头脑中产生具体概念。因而面对实际任务,就不知该如何着手应用所学知识去解决实际问题。针对这一问题,笔者在教学过程中大大加强了实践环节。 实验首先应立足于基本内容,选题、范围、难易程度应与课堂内容保持一致。这对于学生加深理解基本理论及后面的可编程器件有所帮助。在保证“基本”的前提下,实验教学必须以能力培养为主线来组织实施。实验课题在选材上要突出应用性、体现趣味性和对各种知识的综合性。在安排上,将较大的设计任务,如“交通灯控制器”、“火灾报警系统”等实验只下达给学生具体技术要求,让学生在开放式实验室中自行设计、开发较复杂的逻辑电路,借助于开放式实验课培养学生独立思考,自己动手解决问题及创新的能力。 在实验环节中,我们教师会对相应的知识点设计一些动手题目,增加学生的动手能力以及对知识的应用。这些题目有的是针对一个知识点的专项题目,有的是针对一些知识点的综合运用,通过对这些动手题目的练习,使学生在“做中学”,增加了学生学习的兴趣3-4。例如设计一个“数字抢答器”,具体做法是先给出实际问题、要求选用实验室现有的集成块,学生根据所学组合逻辑电路的设计步骤,先根据实际问题要求列出真值表,然后用卡诺图化简,写出最简表达式,画出逻辑电路图,通过选件、连接电路调试完成设计任务,写出完整的实验报告。这样的实验训练了学生用所学数字电路知识解决实际问题的能力,为学生以后设计电路打下良好的基础。 在实验安排上,我们教师逐步从验证性实验转变为分析设计性实验, 改变了过去那种按照书本或说明书作简单观察的作法,取而代之的是引导学生注意发现实验当中常见的问题并能解决这些问题。 在上述探究性实验课程中体现了从培养单纯知识型人才转变为培养创造型人才,贯彻了素质教育的精神,充分调动学生的积极性、主动性和激发学生的思维能力,加强了学生的自学能力和创新能力的培养。 2.3课程设计中探究 数字逻辑课程设计一般是计算机专业学生首次接触的课程设计,因此学生的热情比较高。在此情况下,教师所选课程设计题目既要全面利用所学知识,又要灵活、有层次。 在课程设计的实践教学中,可提倡放开型教学管理。在课程设计的选题上,更应强调放开思路、开拓创新,鼓励学生进行多途径思考,全方位构思,多选择设计方案。选题上,可用本课程知识进行设计,也可结合前修课程知识进行综合设计,如:对于某一课程设计的题目,可在几种逻辑芯片中进行选择,针对不同芯片采用不同的电路结构。这样,一则可促使部分学习自觉性强、有开创性的学生,在不同设计途径、不同处理方法的设计选择中,更多地碰到问题,更多地进行综合思考、分析,得到更多的锻炼,提高分析 和解决复杂问题的能力,并使其在经过不同处理方法比较分析后,对同一问题采用多种解决方法,激起学生开拓创新的欲望。二则可加深和拓宽课堂理论讲授的知识内容。这种情况下,题目的选择有两种可能性,一种是老师指定的题目,具有代表性;另一种是学生感兴趣的题目,在得到老师的认可后,可以作为课程设计的题目。 在课程设计具体实施过程中,针对一些比较复杂的设计,团队训练也是一个主要方案5。团队组成包括两个主要方面,一是实验指导教师,二是学生自由组合的团队。实验指导教师主要承担知识的辅助指导任务,学生团队一般由5人左右组成,并选择一位作为组长。在团队成员能力差别比较大的情况下,我们教师会将设计任务进行分解,每个任务由相应的同学负责;在团队成员能力基本比较均匀的情况下,由成员先讨论任务实现方案,然后各自进行实现,进而选择最优方案在集体实现。例如,在进行“汽车尾灯控制电路”这个设计题目中,我们将学生分成几个团队,基础差一些的团队由指定教师进行辅导,将题目进行分解,由学生各自完成分解任务;对基础好的学生,由成员讨论设计方案并进行论证,选择最优方案进行设计。最终每个团队不仅完成开发项目,并且给出了各具特色的作品。 在课程设计中,学生能够更好的将所学的知识应用到具体实践中,并且在实践开发过程中学到书本上没有的知识,同时拓宽了视野,为以后的学习奠定了扎实的基础。 3结语 数字逻辑是一门实践性较强的课程,逻辑电路的分析和设计需要学生有自己独特的思想。实践证明,数字逻辑课程中使用探究教学法,不仅可以提高学生掌握知识的能力、综合运用知识的能力、创造性思维能力,而且还能提高学生的交流和合作能力。探究教学可以使得数字逻辑课程目标更好地实现,能够引导学生自主学习,在探究过程中切实体现了教学互动的思想,取得了良好的教学效果。 参考文献: 1 韦斯特伯里. 科学课程与通识教育-施瓦布选集M. 北京:中国轻工业出版社,2008:6. 2 范培明. 如何在探究型课堂中运用设疑导学艺术J. 考试周刊,2007(10):69-71. 3 唐超颖,姜斌. “自动控制原理”课程的探究性教学实践J. 电气电子教学学报,2007 (6):91-93. 4 李爱娟. 基于三式递进的程序设计探究教学研究与实践D. 江苏:扬州大学计算机教育学院,2009:9. 5 季伟东,张珑,张军.“并行系统结构”的教学体系建设与实践J. 计算机教育,2010(8):112-114. Inquiry Teaching and Practice on the Course of Digital Logic JI Wei-dong, ZHANG Jun (Department of Computer & Science, Harbin Normal University, Harbin 150025, China) Abstract: In view of the existing problem in the teaching of Digital Logic course, based on the analysis of the characteristics, present status and teaching method of the course, the paper puts forward some ideas about inquiry teaching applied to the course of Digital Logic. The practice shows that inquiry teaching not only improved the students enthusiasm and initiative, developed