启发式教学在“数字逻辑与数字系统”课程中的应用

李超

[摘要]阐述了启发式教学的基本思想内涵，明确了启发式教学在教育教学研究中的重要作用，结合教学经验，阐述了启发式教学在“数字逻辑与数字系统”课程中的具体应用。

[关键词]教学研究 数字逻辑 启发式教学

[中图分类号]G642 [文献标识码]B/A

一、引言

启发式教学，就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导的办法来传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习，以促进身心发展。它是我国乃至世界教育史上一项宝贵的遗产，对古今中外教育思想的形成与发展都产生了深远的影响，现代一些有影响的教育教学思想方法中都贯穿了启发式教学的思想。在全面推进素质教育的今天，我们更应重视对启发式教学法的研究，充分发挥其在教学中的作用。

启发式教学要求教师善于挖掘问题并引导转化，通过一定的过程和方法，把书本知识转化为学生的具体知识，再进一步把学生的具体知识转化为实际能力，即教师充分调动学生学习的积极性和主动性，遵循教学的客观规律，以高超精湛的教学技巧适时巧妙地启迪、诱导学生去学习，帮助他们学会动脑筋思考和语言表达，生动活泼、轻松愉快地获得发展。启发式是运用各种教学方法的指导思想，不是一种具体的教学方法[1]。启发式教学效果体现在教师的教能使学生爱学、会学，而学生的学是积极主动而又愉悦的。这里结合教学实例说明如何在“数字逻辑与数字系统”课程的教学过程中灵活开展启发式教学（选用教材为沙丽杰老师主编的《数字逻辑与数字系统》）。

二、启发式教学在理论课堂中的应用

在课堂教学中努力创设恰当的问题情境，通过问题启发学生积极的思维活动，以问题为主线来组织、调控课堂教学。

1.如在讲竞争冒险时，以与门为例讲解1型冒险的产生，然后让学生思考并自行分析或门产生的竞争冒险情况，并推广至与非门、或非门。

2.在讲授OC门时，先从结构上与刚刚讲过的与非门对比，得出其结构上的特点，之后让学生思考能否将一般与非门的输出直接并联，为什么？能否将OC门的输出直接并联，为什么？若能，直接用导线并联后的输出与各OC门的输出之间有什么逻辑关系，和同学们一块思考分析后总结出OC门独有的线与功能。

3.至于中规模集成芯片这部分内容，几乎所有的教材都从器件的内部逻辑结构出发，分析其工作原理。学生学习这部分内容时感到很繁琐，感觉复杂难学不易接受。我们在讲述时，先从学生熟悉的加法器入手，详细讲解半加器的设计过程，给出电路图和逻辑图符，其次引入全加器，给出电路图和逻辑图符，接着让学生利用全加器设计四位二进制加法电路，并顺势讲述串行进位加法器和并行进位加法器，最后给出集成四位并行进位加法器74LS283的引脚分布图和逻辑符号图，要求学生利用它完成8+5的运算。并思考与利用计算器相比有何不同，进而引出编码器和译码器的概念。整个过程将理论与实际相结合使得学生对该知识点产生莫大的兴趣。这也使我感觉三本的学生不爱学习的原因不全在于其基础差，教师能否将理论知识与实际应用有机结合也是不容忽视的重要原因之一。引出编码的概念和作用后，给出其符号和外围特性，再引导学生举一反三地列出相应器件的真值表，最后由学生课后自己写出逻辑函数表达式、画出逻辑电路图。

三、启发式教学在实践课堂中的应用

在教学过程中，无论采取什么样的教学方法（如讲授法、对比法、问答法、发现法、自学法、演示法、观察法等），只要行之有效，体现启发、诱导，突出学生的主体地位，培养学生的能力，就是启发式教学[2]。实验课题主要有验证性和综合设计性两大类，验证性目的是加深对理论知识的理解，设计性侧重于学生对理论知识的应用。在实验课堂我们主要通过提示、对比等方法实施启发式教学。

1.交通控制灯监视电路的设计——每一组信号灯由红黄绿三个灯组成。在正常工作情况下，任何时候必须有一个灯亮，而且只允许有一个灯亮；当出现其它点亮状态时，表示电路发生故障，这时要求发出故障报警信号，以提醒维护人员前去修理。用A、B、C表示红黄绿三灯的亮灭状态，逻辑1为亮，逻辑0为灭；输出结果用F表示，逻辑1表示电路发生故障，逻辑0表示电路正常。则可以根据F=m0+m3+m5+m6+m7搭建电路，也可根据F=m1+m2+m4来搭建电路，让学生比较两种实现方法，并总结在什么情况下用F实现简单，什么情况下用F实现更简单。这一做法可训练学生的逆向思维，提高其设计时的灵活性。

2.在用图形法做同步十进制计数器实验时，以增加平时分的方式励学生用不同方法实现，如每增加一种方法平时成绩加3分。最常见的实现方法有截取前十个状态的同步清零法和截取后十个状态的同步置数法，除此之外，学生实现方法还有图1～图3所示的以下几种，每找到一种实现方法学生脸上都洋溢着既兴奋又幸福的笑容。只要学生遵循从四位二进制计数器74LS163中截去六个状态构成十个状态的有效循环这一原则，就能找到更多实现方法。这样做可让学生更深刻地理解和掌握由现有计数器构成所需计数器的方法。此外，还可扩展让学生思考由两个74LS163构成24进制计数器、60进制计数器及100进制计数器等的方法。

此外，通过仿真验证十进制计数器设计正确的基础上增加驱动芯片74LS48，使计数值在数码管上显示出来，让学生比较计数时钟接1Hz和1KHz时数码管上的现象，思考并分析原因为以后动态显示的讲解打基础。

图1：十进制计数器实现方法一

图2：十进制计数器实现方法二

图3：十进制计数器实现方法三

3.用VHDL语言设计二十四进制计数器时，以十七进制计数器为例为学生讲解一般的十七进制（数值用二进制表示）计数器和8421BCD码十七进制计数器的实现方法（一般的十七进制计数器是数值用二进制表示的计数器，如数‘十用二进制表示为1010，而用8421BCD码表示为0001 0000）。之后，让学生比照着编写二十四进制计数器的VHDL程序。此外，讲解加1计数器的程序，让其完成减1计数器的程序等。通过这种方法，将问题射入学生思维的最近发展区，不会出现难度过大，学生无从下手的情况。

结束语

笔者认为启发式教学的效果体现在教师的教能使学生肯学、爱学、会学，而学生的学又是积极主动而又愉悦的。显然，在启发式教学道路上我们做的还远远不够，不爱学的学生还大有人在，这就要求我们要一如既往地更细致地投入到教学工作中来，沉下心来探究如何让我们的学生爱在课堂爱在学校。

[参考文献]

[1]殷虹，关于启发式教学的一些思考[EB/OL]，http：//wenku.baidu.com/view/a6370774a417866fb84a8e1e.html.，2009-06-19（2013-07-15）。

[2]朱铭琳，《数字逻辑与数字系统》教学改革探讨[J]，现代计算机，2008.3：62～64。

（作者单位：烟台大学文经学院 电子信息与计算机科学系 山东省烟台市）