信息专业基础课《数字逻辑》课程教学内容及方法的改革探索

摘要：作为电子信息类专业和非电子类相关专业的主要技术基础课，《数字逻辑》的教学改革方兴未艾。本着淡化专业、拓宽基础的基本思路和加强基础教育、促进能力培养、体现教学特色的指导思想，文章论述了数字逻辑课程教学内容与教学方法改革的探索及具体做法。其教学内容的选择在受课时限制的前提下，主要考虑为后续专业课程服务，其次考虑学科的需要。教学手段和方法既要符合学科特点，又要遵循认知规律。

关键词：数字逻辑 教学改革 教学方法 多媒体辅助教学

信息技术的迅猛发展、应用领域的不断拓宽以及学科交叉的广泛深入且综合程度的不断提高，都给教学带来了前所未有的挑战。传统的教学模式、教学方法和教学手段己经不能满足社会对培养二十一世纪新型人才的要求，而培养具有动手能力和创新能力的高素质人才是当前高等院校工科专业教学改革的重要任务，也是造就适应科学技术发展和社会需求合格人才的重要举措。“数字逻辑”是电子信息类专业和非电子类相关专业的主要技术基础课。它对学生后续专业课的学习起到了直接的决定性作用。为了保证学生的学习效果，提高学习效率，并培养他们的创造性思维能力，笔者对该课程进行了探索性改革。

一、教学改革方案

（一）总体目标

这门课程的教学改革应面向新世纪，必须服务于社会经济的发展，必须以其在国家未来发展中的战略地位为基本点，从人才培养目标整体优化和局部优化的协调统一出发，本着淡化专业、拓宽基础、强化实践的基本思路和加强基础教育、促进能力培养、体现教学特色的指导思想，加强对学生的素质教育，实现由学科型为内涵的教学体制向能力、素质型教学新体制的转化，以培养生产第一级高级应用型人才为目标，以专业技术应用能力培养为主线，融知识、能力、素质教育为一体，融理论教学与实践教学为一体，培养理论基础扎实、动手创新能力强的应用复合型人才，使学生具有扎实的实际工作能力和较强的知识更新能力。因此要进行含课程内容、教学方法、实践教学等各方面的系列改革。

（二）改革方案

笔者本着“拓宽基础、加强实践、更新内容”的原则，建立了电子教学平台。在受总课时限制的前提下，《数字逻辑》的计划学时数由原来的60减为45，并安排在第3学期。学时安排及内容见表1。

经学院指导委员会同意，于2003~2004学年第一学期，对工商学院信息系本科生开始执行新的教学计划。

二、教学改革方案的实施

（一）教学内容的改革

为信息专业开设的数字逻辑课程不同于其它电子类专业的数字逻辑技术。由于专业总学时的限制，该课程学时数较少，学时减少后，教学质量只能上升不能下降，所以在教学时数较少、重点和难点多的情况下应调整知识结构，优化教学内容，提高教学起点，增大课堂信息量。据此，按我校信息专业人才培养计划要求，笔者撰写了新的教学大纲，大纲的内容从基本概念、基本原理和基本分析方法出发，以期实现打好基础、加宽口径的教学目的。而改革主要从以下两方面采取措施：一是精练教学内容，二是改进教学方法和教学手段，提高讲课效率。当然这里只讨论课堂教学问题，其他方面的措施不在这里讨论。

1.精炼教学内容

随着EDA技术的进步，线路不再是单元级电路，而是功能级和系统级的集成，集成电路规模不断扩大，许多原先是由分立元件构成的复杂电子电路现在已大量地被通用型或专用型集成器件所取代，为适应这样的趋势，课程应结合信息专业的要求调整原来教学内容中不必要的、过时的内容，即一些陈旧的教学内容在不影响教学体系的前提下，可以删去，有的可以压缩；一些功能类似的电路也不必面面俱到，可以适当精简；对于那些由于受课时限制不能讲授，而又是学科体系的内容就指导学生自学。比如分立元件门电路，可以只保留对后续章节有用的基本工作原理，不再分析它的外特性；触发器与常用MSI电路这两章，主要突出其外部逻辑功能特性和动作特点，内部具体电路就不面面俱到；维持-阻塞RS触发器、利用传输延迟时间的边沿触发器等内容都可略去。硬件描述语言（VHDL）则引导学生自学。这样操作后，内容精练了，学时也减下来了。

数字逻辑作为后续专业课的基础，其内容的调整也应起着承上启下的关键作用。比如逻辑代数是逻辑电路的理论基础及其分析和设计的工具，清楚了逻辑函数的波形图表示法，就有助于理解专业课程中CPU读写的时序关系；再如理解了组合逻辑电路中的多输入与多输出之间的逻辑关系，才能深刻地理解计算机控制器中的译码及微命令；弄清楚了三态门的特性，就会很清晰地理解计算机的总线结构体系等。循着这样的思路，综合数字逻辑课程的学科特点以及理论课程总课时数为37学时，其具体内容及学时应分配如下：

数字逻辑基础（7学时）：常用数制、编码的表示方法及其相互转换；逻辑代数的基本定律、规则和常用公式；逻辑函数的标准形式；逻辑函数代数化简法，逻辑函数的卡诺图化简法，无关项逻辑函数的表示方法及化简。

逻辑门电路（2学时）：TTL与非门典型电路的基本工作原理、主要特性和参数，三态门的主要特点及应用，MOS门电路的主要特点和使用方法。

组合逻辑电路（重点内容，8学时）：组合电路的一般分析和设计方法，常用MSI组合逻辑电路：编码器和译码器、数据选择器和分配器、加法器和数值比较器的外部特性逻辑功能及应用，MSI组合电路的分析和设计方法，组合逻辑电路中的逻辑冒险与消除方法。

触发器（重点内容，3学时）：触发器（RS、D、JK、T、T＇）的逻辑功能及其描述方法，触发器逻辑功能的转换。

时序电路的分析与设计（重点内容，10学时）：时序电路的基本分析方法，寄存器、计数器等典型MSI同步时序电路的工作原理、逻辑功能及其应用，同步时序逻辑电路的设计方法和步骤。

可编程逻辑器件（重点内容，7学时）：ROM、RAM的结构、基本原理和应用，可编程逻辑器件（PLD、FPGA）的结构、基本原理和应用，初步掌握VHDL语言结构、语法，能用VHDL语言编写设计程序。

在上述内容中，对于教学重点，在理论教学环节的学时分配、考核强度和实践教学环节的实验内容、实验条件等方面予以倾斜，以帮助学生掌握正确的学习方法，切实弄懂和真正掌握有关的概念、原理和方法，引导学生进行主动性、研究性的学习；对于难点部分，充分运用多媒体教学，着重讲清基本概念和基本原理，配合简洁明了的例题、习题，帮助学生理解和掌握基本的分析、设计流程和方法；而在处理“传授知识”与“培养能力”二者关系时，明确教学的最终目标是培养学生的学习、实践和创新能力，而“传授知识”是实现该目标的基本途径，必须为“培养能力”服务。总之，教学中要既注意知识的传授，又努力通过学生自学、集体讨论、课外科技活动等多种方式和途径，引导学生运用已学知识去发现和解决问题，从中获得新的知识和提高能力。

2.增加反映新科技的内容

数字逻辑电路虽然是一门比较古老的课程，但其新技术发展极为迅速。在国际上，新知识、新观点和新技术层出不穷。为了将比较前沿的技术进展传授给学生，教师广泛参阅最新的期刊杂志，尤其是国内外的权威期刊，及时跟踪和了解本学科领域的新技术，并把这些新观点、新技术、新进展有选择、有重点地融入教学内容中，及时传授给学生。因此课程引入了自顶向下的模块设计方法，讲解了可编程逻辑器件（PLD），引入了硬件描述语言（VHDL）。这样通过对理论课程的学习，使学生能够理论联系实际，不仅掌握了数字电路的基本知识、基本理论和基本技能，同时也反映了现代数字电路的发展方向。

3.注重实践教学环节

实践教学是培养学生能力特别是创新能力的重要环节，要充分认识到实践教学在人才素质培养中的作用和地位。通过实践，学生不仅对自己的专业知识有所巩固，提高了学习知识及运用知识的能力，拓宽了知识面，更重要的是培养了创新意识，学到了一种实际分析问题、解决问题的方法，掌握了从事科学技术研究所应具有的敢想敢做同时又严谨认真的工作作风，潜力得到了充分的挖掘。所以教师在上课的过程当中，要理论结合实际，贯彻从实践中来到实践中去的原则，把技术和理论结合实例讲解，以便于学生学习和理解。同时提倡理论课教师上实践课，不仅可提高实践课教师的理论素养，而且可提高理论课教师的实践能力。这样做，将极大地丰富教师讲解基础知识的应用素材，一些难以用黑板、粉笔描述的知识点，可通过实验室得到完美的补充，极好地避免理论与实践、技术与应用的脱节现象。

（二）教学方法的改进

进入21世纪，科学技术迅猛发展，计算机技术广泛应用，我们应该利用最新科学技术、利用现代信息技术改进教学方法，实现教学手段现代化。在这里主要介绍以下方法：

1.多媒体教学与黑板板书相结合的多元化教学方式。针对数字电路课程中电路图比较多的特点，笔者开发研制了适应本课程教学的多媒体课件，课件中引入了大量的图片以及多媒体动画，通过这种比较直观的方式，学生可以更容易更快速地掌握课本上抽象的知识，而且节省了教师用粉笔画电路图的时间，大大提高了课堂的教学效率，也激发了学生学习的兴趣。

多媒体教学有着诸多的优越之处，但同时也不可避免地存在着一定的不足，比如：在一些理论及公式的推导中，学生不易跟上老师的思路。因此，在引入多媒体先进手段的同时，不能完全摒弃传统的黑板板书授课方式，对于比较抽象难以理解的推导问题应采用板书与多媒体相结合的方式，板书授课使学生更快地跟上老师的思路，然后配以多媒体图片或动画加深理解。

2.构建网络信息化教学平台。随着科技的日益发展，网络已经逐渐普及到家家户户。为了充分利用网络这个先进工具的优势，笔者将网络多媒体课件存放在教学网站服务器中，为学生提供教师介绍、课程介绍、讲课要点等信息，在BBS讨论区中和学生进行课后的课程讨论、答疑，这样不仅方便了学生的学习，而且也促进了学生与教师间的深层交流。

3.突出基本理论和基本方法。数字逻辑课程的教学在保证学生把基本内容学到手的前提下，着眼于培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生处理实际问题和自学的能力。在教学内容组织上，以讲述“方法”为重点，力求为学生提供独立分析和设计电路的“工具”，而不是向学生灌输各种各样的电路；在授课方式上，对每一个求解问题做出思路分析，讲透基本理论、基本原理，力求叙述详细、具体、深入浅出、通俗易懂，以使学生了解问题的来龙去脉；课堂教学中重视学科思维过程和本学科的方法论，遵循认知规律，特别是注意让学生从中学的学习模式中转变过来；在内容分配上，教材各章尽管具体内容不同，但都有基本理论和分析、设计方法，抓住这一点就抓住了讲好课的关键。在每一章的开头都向学生交待清楚这些，使学生带着问题有目的地听课，学生的注意力容易集中；而要求学生一般掌握的内容，也事先向学生交待清楚。这样对学生进行合理的引导，讲课的效率也就提高了。比如组合逻辑电路的分析部分，要将其分析的思路与一般步骤讲清楚、讲透，掌握了这些基础，就能使学生触类旁通，在学习后面常规MSI等的内容时就容易多了。

4.启发式互动教学。“教学”不单是教的问题，也不单是学的问题，而是教与学相结合的问题，教学的过程是教师与学生相互配合、同时参与的过程。因此在教学的过程中，教师应将以前死板的课堂教学转化成一种平等的讨论式的交流，课堂上经常穿插一些启发式提问，或者举一些典型的应用实例，与学生一起讨论，充分调动学生的主动思维，使他们成为教学中的活跃主体。在这样的过程中，学生不再是消极的知识接受者，而是主动的求知者、参与者、探索者，学生的创新意识与创造能力也在不断的解决问题和积极主动的参与过程中培养起来。在我们日常生活中数字电子线路的应用非常广泛，教师可以引导学生通过课外科技活动在具体电路中（如简易时序控制器、电子钟等）理解抽象的概念和原理，对创新能力和独立思考能力帮助很大，而且激发学生的学习兴趣，可以进一步提高学生的求知欲和自信心。

5.因材施教，分层次培养。为了照顾不同学生的能力，教师应本着因材施教的观点，对学生提出多个层次的要求，以便他们的特长、个性以及潜能得以充分发挥。在教学中，教师对所有同学都有一些具体的基本要求，对能力稍强的同学则有提高部分的要求，这样就避免了对所有学生一刀切的缺陷，能力差的同学不会因为完不成设计任务而心急气馁，能力较强的同学也不会因为题目过于简单或是很快就完成设计任务而感觉无事可干。

6.注重从系统设计的角度讲解知识点。注重知识体系的扩展，强调由点及面、举一反三。数字电路的特点是常用电路的种类较多，而其分析和设计方法又都相同或相似。针对这一特点，采取重点讲清一两个电路，其他留给学生自学的方法，既可以调动学生自主学习的积极性，培养学生的自学能力，又可以减少课内学时，可收到事半功倍的效果。例如移位寄存器，教师重点讲清楚右移移位寄存器，而左移和双向的移位寄存器则只介绍它们的特点，其余留给学生自学。又如计数器，种类更多，教师重点介绍有代表性的同步二进制和十进制加法计数器，并通过它们讲清楚同步时序逻辑电路的分析方法，而减法和可逆计数器就留给学生自行去分析。

结束语

通过近年来对《数字逻辑》课程的教学改革与教学实践，我们充分认识到教学改革必须重实效，经过对我校信息专业3年的教学实践，其实践结果如表2所示。

实践表明，《数字逻辑》课程的课时虽有压缩，内容虽有充实更新，但教学质量稳中有升。精简理论教学，强化实践教学，能够体现普通高等院校教育教学改革的发展方向。

当然，作为电子信息类专业和非电子类相关专业的主要技术基础课，也是大多数学生认为难学的一门课，《数字逻辑》的教学改革是永无止境的。在取得上述成果的基础上，我们仍在不断地努力。通过转变教师自身的教学观念，从理论教学、实验教学以及授课方式等方面坚持改革、完善它，希望在教学效果上取得更大的成效，同时对学生的学习兴趣也有明显的提升。

参考文献：

［1］张梅.“数字逻辑”课程教改实践［J］.广东工业大学学报，2002，（6）.

［2］王建新.数字逻辑电路课程建设与改革［J］.高校教学管理与研究，2005.

［3］韩佩富，黄震.数字电子技术基础教学内容和教学方法改革的研究［J］.教学研究，2003（12）.

［4］王传新，沈明山等.《模拟电子技术》《数字逻辑技术》教学改革初探［J］.北京联合大学学报，2002（9）.

［5］鲍可进.数字逻辑电路设计［M］.清华大学出版社，2004.