泛在微课环境下《数字逻辑系统》课程一体化教学改革

陈栋，曾伟

（九江学院电子工程学院,江西 九江 332005）

泛在微课环境下《数字逻辑系统》课程一体化教学改革

陈栋，曾伟

（九江学院电子工程学院,江西 九江 332005）

为提高教学质量，通过构建泛在微课环境，引导学生课外自我学习课程的基本知识点，课内采用一体化教学模式，以项目驱动教学，引导学生进行综合项目的设计。通过改革教学模式，学生的创新能力及综合素养得到提高。

泛在学习;微课；构建；一体化教学

一、引言

近年来，随着智能移动终端的普及和移动互联网技术的发展，泛在学习方式（U-Learning）逐步在各类课程教学中得到应用。泛在学习随时随地的特性使得学习方式具有学习时间零散、学习内容碎片化的特点。微课的碎片化、形式多元化、移动性等特点正符合泛在学习时代课程教学的需求，泛在微课环境下的自主学习已成为一种新的趋势，也为教学方式的改革迎来新的契机。

《数字逻辑系统》是电子信息工程专业的重要课程。通过该课程的学习，使学生转变《数字电子技术》课程中的电路设计思维，掌握自上而下及从不同层次来设计数字电路的方法。利用QUARTUSⅡ软件对实体进行设计，最后载入芯片完成设计。

传统的《数字逻辑系统》课程教学环节由独立的理论、实验、课程设计构成。本文对课程教学的改革进行了研究，基础知识利用泛在微课进行学习，课堂上进行项目设计，实施一体化教学。一体化的教学模式打破了传统教学各环节的独立性。通过任务驱动，使学生在设计项目的过程中掌握数字系统设计的基本原理和方法，掌握电子系统设计的基本知识与基本技能，进而有效提升学生设计创新能力，提高教学质量。

二、泛在微课环境构建

（一）学习环境构建

当代大学生普遍习惯使用微博及微信进行互相沟通交流。可以通过微博及微信构建具有持续性、即时性、交互性、情景性和易获取性的泛在微课环境。在此环境中能够私聊、多人群聊、互相评论，进行交互式自主学习。学习资源可相互共享并重复使用，自由选择学习时间、学习地点，自由选择所需的教学PPT、微课、习题等各类教学文件，做到无缝学习。丰富的声音，图片，视频等学习内容，能够有效的激发学生的学习兴趣。

（二）学习资源构建

泛在环境的学习资源是整个学习系统的核心部分，为保证教学效果，应搭建全面立体的学习资源。学习资源的主要构成有：（1）知识点列表及关系图，学生通过该文档应对本门课程的整体知识点构成及相互关系有所了解，了解课程的重难点，方便自主选择所需内容进行学习。（2）微课，对基本语句语法、常用的简单模块、综合应用项目的设计思路制作微课，以供学生自主学习。基本语句语法是整个学习过程的重要基础，而学习过程却较为枯燥，所以该部分的微课制作显得尤为重要，应充分应用新软件、新技术、新思路，把枯燥的语句语法知识点设计成形象生动、形式多样、易被学生接受的微课视频，充分调动学生的学习兴趣。课程环节必须完整，包括相应的学习目标、应用情境、示范、归纳与小结。（3）综合设计项目，紧密结合当前行业需求与知识点的综合应用设计多层次的项目练习，进一步提高学生的综合设计能力，项目难度不一，学生可根据自我需求选择适合设计项目，形成完整的知识体系。（4）相关教学文件，包括教学PPT课件、教学大纲、授课计划、习题、拓展资料等。让学生了解课程的学习要求及学习安排，有利于自我安排学习进度，按需学习。

三、一体化教学改革

（一）改革的必要性

随着PLA和FPGA芯片技术的发展，EDA技术已广泛应用于电子、通讯等领域的产品中。自动控制、电信工程、移动通信类企业都急需数字逻辑电路的分析设计型人才。当前，国家正在推进部分地方本科院校向应用型转型，在此新形式下，本科院校有必要开展一体化教学模式改革，增强学生工程应用能力，培养应用型人才。

传统教学模式一般先讲授VHDL语言的语法及语句结构，学习过程较为枯燥泛味，然后学习使用QUARTUSⅡ软件进行常用组合逻辑电路及时序逻辑电路的设计，最后进行1到2个完整数字系统的整体设计。教学模式中理论与实验相分离，实验项目简单且与当前行业需求结合不够。大多数的VHDL类教材在前面章节也会列举较多的语句及关键词，学生在学习过程中会觉得知识点较多且关联度不高，导致在学习基本语法时积极性不高，失去了学习兴趣，影响整体教学效果。

QUARTUS II支持.VHD或.BDF文件作为顶层文件。文本及模块的编译都必须符合IEEE标准，有规范的操作流程。只有通过一体化教学，当QUARTUS II提示错误，无法成功编译，不断进行调试，最终成功编译，通过开发板或实验箱能够同步能够看到预期结果。能够强化学生的认知，这样的教学效果仅仅通过理论教学是无法达到的。

传统考核方式一般为笔试，总评成绩由笔试、实验、平时等各项成绩构成。这样的考核模式下，笔试成绩往往占据了总评成绩的较大比例。学生在学习过程中固然会更重视理论知识的学习，但往往会忽略动手能力的提高，违背了培养数字逻辑系统应用型人才的教学目的。

（二）教学内容的改革

VHDL语言虽然语句语法较多，但在实际应用时只有一些常见语句，没有必要先期学完所有语句语法再进行模块或项目设计，只需使学生明白一个完整设计实体的基本结构即可。完整的语句语法知识适用生动的微课形式以供有需要的学生在泛在环境中自主学习。通过一体化教学将淡化基础语句语法的学习，重点分析设计思路，而且学习的理论知识可以通过开发板或实验箱马上得到实际验证，有利于调动学生的学习兴趣，激发学生自主进行数字系统设计的积极性。

课堂上采用一体化的教学模式，通过验证型项目和综合设计型项目，引导学生以完成项目设计为目的进行有效的学习。验证型项目有多路选择器、N位全加器、M-N编码器、N位乘法器、移位寄存器、七段译码显示等。完成若干个验证型项目后，学生应该掌握设计实体的常用语句及基本结构，能够从不同层次用多种设计结构及不同的顶层文件实现简单的数字逻辑功能。转变前期课程《数字电子技术》自下而上设计数字电路的思维模式，利用VHDL语言自上而下进行编程，载入芯片实现不同的逻辑功能，设计数字电路时不必过多考虑硬件条件。例如：多路选择器要求用并行WHEN ELSE语句从输入输出关系、逻辑操作符从内部结构、串行IF语句从输入输出关系3种描述方法进行编程，经过编译、仿真、引脚配置，最后载入FPGA芯片，验证逻辑通能；编码器的设计包括4-2编码器、8-3编码器、16-4编码器、译码器。

综合设计型项目有：LED点阵控制器、电子密码锁、LCD显示驱动、数字频率计、VGA彩色图像显示控制、步进电机PWM控制、FIR数字滤波器设计、函数信号发生器等。教学重点不再是基础的编程及设计实体的结构，而是整体设计项目及拆分项目，将复杂项目分解为一个个简单模块。例如：电子密码锁分解为消抖、数码管显示、译码、分频、数据选择器、计数器等模块；函数信号发生器分解为定制ROM、A/D转换、数据比较器等模块。LED点阵控制器分解为4位2进制计数器、扫描、点阵显示控制等模块。通过综合设计型项目的学习，学生可以加强巩固前期所学基础知识及自主学习所需要的语句和调用模块，将这些知识点融为一体，综合应用，学会创新思维。教学过程中，学生是设计主题，教师帮助学生在泛在微课环境下学习前期基本知识，提供设计思路，帮助解决设计过程中学生的疑问。

（三）考核方式的改革

新的考核方式为现场设计项目，主要考察学生工程应用能力。总评成绩依据平时成绩和现场设计项目成绩综合评定。平时成绩由考勤、学习态度、课堂项目练习等构成。现场设计项目随机抽取或教师指定，在规定时间内完成，主要考核学生程序编写能力及编译仿真、对项目的分析能力及设计思路、硬件调试及实现。平时成绩中的课堂项目练习在总评成绩中所占比重也较高，在课堂教学中，对每一次学生的项目练习情况均做登记，最后汇总，由此引导学生注重日常实践经验的累计。

三、结束语

泛在微课环境能够培养学生的自我学习意识，获得自我发展，是真正以学生为中心的、自主的、个性化的学习。一体化教学模式让学生在不同的任务驱动教学中，将各自独立的知识点逐步融会贯，综合应用，最终形成数字逻辑电路，完成设计任务。培养创新能力，提高学生的综合素养，培养出更符合行业需求的高素质人才，为高技能应用型人才的培养发挥了有效保障的作用。一体化教学模式的改革对教师也提出了更高要求，需不断加强业务水平，更好的为教学服务，实现教学共长的正向激励、良性循环。

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G642

A

1671－5993（2017）03－0068－03

2017-07-01

江西省教育科学"十三五"规划2016年度课题（编号16YB146）；九江学院校级教改项目（项目编号：XJJGYB-17-05；XJJGYB-16-14；XJJGYB-15-13）

陈栋（1982-），男，江西九江人，硕士，讲师，研究方向：电子教学及教育信息化。曾伟（1984-），男，江西吉安人，博士，讲师，研究方向：电子教学及教育信息化。