面向应用型人才培养的《数字逻辑》课程教学研究与实践

邹祎，李浪

(衡阳师范学院计算机科学与技术学院，湖南 衡阳 421006)

1 引言

随着物联网、人工智能、信息产业等领域的飞速发展，各行业对于高素质、技能型的人才的需求越来越大。计算机及相关专业在大多数高等院校中均有开设，但专业人才培养的效果等面临着诸多问题，如高校计算机类专业人才培养与社会行业需求脱节、高校在转型发展过程中面临的人才培养方案改革、校企合作机制、教学方法与教学手段、学生就业等问题，这些问题导致了计算机类专业人才供需矛盾突出[1]。同时，为加强高校专业建设，教育部实施了工科专业工程教育认证。这一系列问题与措施，对高校的人才培养目标也将产生巨大的影响，培养高校学生的创新思维和创新实践能力成为高等教育的共识。

基于此，结合社会需求，以学生为中心，以产出为导向，所在教学团队提出了面向“一生一系统”计算机类专业应用型人才培养方案[2-3]。围绕如何培养高素质应用型人才等问题，对高校计算机类专业应用型人才的培养进行深入研究与实践探索，并在计算机类专业课程中展开创新探索实践。

数字逻辑是计算机类专业的一门专业基础必修课，不同于以研究型为主的高校，所在学院对课程目标的定位，更侧重于应用型人才的培养。因此在课程教学上，也应有别于研究型高校的教学内容[4][5]。因此，本文在面向“一生一系统”计算机类专业应用型人才培养方案的基础上，结合《数字逻辑》课程的教学，从教学任务和目标，教学结构，以及教学评价等方面进行了新的探索。后续章节从传统教学存在的问题、创新模式构建及教学成效三个方面，进行详细阐述。

2 传统教学存在的问题

传统的教学更多关注“教”的质量，“教”的多少，从教学任务、教学目标到教学结构的设置，以及对教学成效的评价，大多围绕着教学者(老师)来展开，学生的学习是被动地接受，缺乏学习的主动性。

在以往传统的数字逻辑教学设计中，大多是以课堂理论讲授为主，硬件实践为辅的教学模式。该模式存在着以下主要问题：

1)课堂教学的知识讲授，采用的是以教师向学生传输模式，不能激发学生的探究能力，教学内容以理论教学为主，实践教学比重轻，更缺乏理论与实践相结合。

2)在教学过程中，学生的学习主动性不高，学习方式以“记忆”为主，少有“创新”。

3)传统的实验教学内容少，且实验设计基本上是按已有的电路原理图进行连线，实验中大量的时间，用在了纠正如连线错误之类的非知识性问题上，导致学生在逻辑设计方面的关注太少。

4)缺乏合作学习、教学合作团队的环境，学习环境多是竞争性个人行为。

5)教学资源匮乏，并且缺乏有效学习交流平台实现资源共享，如相关题库，实验指导，教学视频等资源的共享。

6)缺乏有效学习效果评价机制，通常以评分，评级的形式判定，缺乏教学过程中的持续性评价。

3 课程教学创新模式构建

针对以往传统教学中存在的一系列问题，解决人才培养与经济社会人才需求脱节等突出问题，本文提出一种“任务驱动”“团队合作”的线上线下混合教学模式，形成以学生创作为主、教师辅导为辅，线上线下相结合的教学理念。实际教学采用以案例导入，任务驱动的形式展开，加强实践教学的比重，将实践教学贯穿于整个教学过程中，形成以“学生为中心”的教学模式。同时，有效利用线上平台，提供更多的学习交流窗口，获取教学过程数据，助力教学成效分析与评价。

1)“任务驱动”“团队合作”的线上线下混合教学模式

根据数字逻辑课程教学大纲的要求，将传统的课程知识点进行梳理，结合每个章节的重点难点问题进行分门别类，不断完善课程教学计划和培养方案，建立“任务驱动”“团队合作”的线上线下混合教学模式，形成以学生创作为主、教师辅导为辅的特色实践教学方案。

首先，将课程按知识点分成20个小模块[6](如图1所示)，结合教学进度，精心制作课件，选取案例，设置“任务”(按章节内容设置Proteus仿真实验任务[7]，如图2所示(部分内容)，并线上发布。课前，学生可在线预习课程；课中，围绕知识点进行讲解，组织学生以任务为中心，结合案例，进行师生讨论，分析，设计，实现；课后，进行“任务”总结，并拓展设计。

图1 知识点模块(部分)

图2 按章节设计的部分仿真任务

合理利用Proteus仿真工具，引入仿真实验，打破了传统硬件实验对实验环境、实验设备以及实验时间的限制和约束。学生可根据仿真任务的要求，随时进行仿真实验设计并验证，无须再花大量的时间去做接线工作，可将更多的精力放在如何实现逻辑设计上。按章节设计的仿真任务，内容从简单到复杂，循序渐进，使得实验教学与理论教学同步，学生在仿真实验中，可再一次对理论知识的梳理，同时在仿真实验中遇到的问题，可及时通过线上平台以及理论教学中，与老师同学进行交流，还可与同学合作，自由组队进行实验，进一步推进实验设计从简单问题到复杂问题的渐进，促使学生更大兴趣地学习探究，提高学习兴趣的同时，也提高了自主学习能力，加强了团队合作。

2)建立在线课程资源库

利用现有的在线学习平台，建立课程资源库、习题库、考试库(如图3所示)。配合线下的理论、实践教学(硬件实验和仿真实验相结合)，巩固所学的知识点。每一教学课时的教学内容均配备对应的章节练习，作为课后作业发布；每一章节有对应的单元测试，作为章节复习。

图3 在线课程题库

借助平台的在线优势，建立课后讨论区，实现针对性地解决学生的学习难点，可师生一对一地交流，也可生生多对多地互助。同时，结合答题情况，随时可一对一进行在线课后答疑；还可进行班级在线自由讨论。有助于激励学生的学习兴趣，增强合作意识。

课程资源除每个章节的教学课件外，还提供了教学案例的仿真设计源程序，以及仿真工具和相关的教学参考电子书，为学生提供课外学习的资料和进行仿真实验的平台与参考案例支持，保障线下学习和仿真实验的顺利进行。

图4 线上课后练习节选及课后答疑

3)建立线上线下过程评价模式

线上线下过程评价的内容包括随堂练习，课后作业，仿真“任务”设计，现场答辩。既保留了传统的考核内容，如课后作业；又新增设更多过程性考核内容，如课程教授中，结合教学的重点难点，展开随堂练习，课中大讨论。每一次的仿真实验设计“任务”，学生自由组队，完成相应设计，并通过线上平台展示，各参与组现场答辩的形式，采取师生互评，生生互评，并选取优秀作品线下共评(图5为学生仿真设计部分作品展示)。这种模式不仅增强了团队合作意识，又可调动学生的实践积极性，提高实践动手能力和分析问题，解决问题的能力。

图5 部分仿真设计作品

4 实际课程教学成效

本文根据对近几年来，在数字逻辑课程创新教学方面的研究和实践经验，进行了反思、归纳并总结，结合在线平台对授课班级记录的学习情况进行统计分析，发现班级月平均学习次数逐年上升。表1所列班级是2020-2022年四个学期间，采用本文提出的创新教学模式的授课班级，其月平均学习次数如统计表1所示。从数据不难发现，学生参与学习的次数随课程教学创新的开展不断增加，班月平均学习次数逐年上升，且增长速度趋向平稳，这也从侧面表明，学生对课程的关注度不断提高，学习兴趣得以激活。

表1 2020-2022年各学期的学习情况统计表

新的教学方式激发了学生的学习兴趣，增强了学生学习的主观能动性。从课程改革后，采用创新教学模式教学的授课班级，学生的创新实践能力普遍获得很大提升，据不完全统计，授课班级的学生在各级各类竞赛中的获奖均有突破。仅2021年，授课班级的学生，获得省级学科竞赛一等奖的3项，二等奖6项，三等奖4项。如图6所示，是2020—2022年授课班级学生在各类竞赛中的获奖情况统计，图中可见，2020—2022年期间，不同专业的学生在各级各类的竞赛中获奖的数量及人次，均呈增长趋势。

图6 2020-2022年各班竞赛获奖人数统计图

5 总结

面向”一生一系统”计算机类专业应用型人才培养方案对人才的培养更关注学生的应用能力，而且《数字逻辑》课程本身应用性较强，因此，本文提出的“任务驱动”“团队合作”的线上线下混合教学模式，在课堂理论教学中有效加入Proteus仿真工具，开展仿真实验活动与实验教学，使学生在学习过程中操作更加灵活方便，不受硬件的限制，实现实践教学和理论教学有机结合。课程教学的创新，有效激发了学生的学习兴趣，培养了学生的实践动手能力和创新能力，同时教学质量也得到提升。并且，创新教学方式促使学生积极参与研究探索活动，并与教师科研项目结合，更多的学生展开科学研究活动，以学生为第一作者的高质量科研成果也不断涌现，学生综合素质能力得到提高。

目前，实践教学的开展虽较之传统教学模式，有了较大的进步，同学的积极性得到有效激活，但在实践任务设计的内容方面，比如设计的现实性、连贯性、整体性上，还有待进一步完善。在今后的教学实践中，还需不断总结、反思，进一步改进教学方式方法，让学生能更方便更快捷地获得相关教学资源和帮助，实践的设计与时俱进，更贴合现实应用，切实应用型人才培养目标。