新工科背景下以能力培养为目标的民族院校数字逻辑实验课程教学改革探索

摘  要：数字逻辑作为一门理论性和实践性都很强的理工类专业基础课程，在新工科教育的需求背景下，对学生的实践动手能力和创新能力提出新的挑战和需求。然而，传统的教学方式和课堂教学模式存在着课程设置和人才需求不符的现象，理论和实验环节相分离，难以随着技术发展实时做出调整，导致不能满足新工科人才能力培养的需求。特别地，西南民族大学计算机专业本科的同学大多来自西南偏远的少数民族地区，很多同学的学习基础相对薄弱，加大了课程教学的难度。文章以新工科背景下对计算机专业人才培养的新需求为导向，结合民族院校学生的学习能力实际情况，针对目前课程教学中存在的这些问题，在数字逻辑实验课中引入能力导向思维，针对教学中存在的问题进行行之有效的教学改革探索，使学生能够通过学习数字逻辑实验课程，掌握数字逻辑与数字电路的分析与设计方法， 为后续的其他软硬件课程打下数字电路的基础，从而培养学生分析和解决工程实践问题的能力，并培养和提高学生的实践创新意识和动手能力。

关键词：新工科;数字逻辑实验;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）19-0134-04

Abstract： Digital Logic as a theoretical and practical science and engineering professional basic course under the "new engineering" education demand background， new challenges and demands are put forward to the students' practical ability and innovation ability. However， the traditional teaching method and classroom teaching mode exist the phenomenon that the curriculum setting is not consistent with the talent demand， the theory and experiment part are disjointed， and can not be updated in time according to the development of technology， and it is difficult to adapt to the ability training demand of "new engineering" talents. In particular， most of the students majoring in Computer Science in Southwest University for Nationalities are from remote ethnic minority areas in Southwest China， and many of them have a relatively weak learning foundation， which also increases the difficulty of course teaching. In view of these problems existing in the current course teaching， this paper takes the new demand for computer professional personnel training under the background of new engineering as the guidance， and combines the actual situation of students' learning ability in ethnic colleges and universities， and introduces the ability-oriented thinking into the digital logic experiment course. This paper aims at the problems existing in teaching and explores effective teaching reform.  The purpose of the research is to enable students to master the analysis and design methods of digital logic and digital circuit through learning Digital Logic Experiment courses， and lay the foundation of digital circuit for other subsequent software and hardware courses. Finally， the study cultivates the students' ability to analyze and solve engineering practice problems， cultivate and improve the students' practical innovation consciousness and practical ability.

Keywords： new engineering; Digital Logic Experiment; teaching reform

作为计算机专业的一门专业基础课，数字逻辑实验课程是单片机技术、计算机组成原理及应用、嵌入式系统开发等硬件课程的前导课程[1]。数字逻辑实验课程在整个计算机类人才培养方案中的地位非常重要，可以引导学生从了解数字电路，掌握其工作原理，一直到分析与设计数字硬件电路[2]。随着科学技术的飞速发展，尤其是在国际竞争中，科技创新和技术升级的竞争愈演愈烈，我国国家发展战略的核心已变为提高自主创新能力。特别是在2017年，教育部高等教育司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，对高校特别是计算机类的专业基础课程教学和实践提出了新的要求和挑战[3-4]。

数字逻辑作为一门理论性和实践性都非常强的专业基础课程，在新工科需求背景下，既要注重学习理论知识，为学生打下扎实的理论基础，又要以提高学生的实践动手能力和创新能力为目标，着重培养学生的实践能力[5-6]。然而，原有的单一课堂教学模式存在课程设置与人才培养需求不一致的现象。传统的课堂教学方式主要是教师在课堂上讲授相关理论知识，实验课上对理论知识进行验证。理论和实验环节相分离，难以随着技术发展实时做出调整，导致不能满足新工科人才能力培养的需求[7-8]。西南民族大学计算机专业本科的同学大多来自西南偏远的少数民族地区，很多同学的学习基础相对薄弱，在学习计算机类等难度比较大的专业时比较困难，这对数字逻辑这门基础的计算机课程教学提出了新的挑战。因此，数字逻辑实验课的课堂教学作为人才培养中最基本的环节，在新工科人才培养过程中必须从实际需要出发，以课程教学为基础，针对民族院校学生的学习能力，因材施教，进行必要的适应性教学改革。

本文通过对当前民族院校计算机类学生的学情分析，结合当前新工科背景下对基础课程的教学要求，总结出当前数字逻辑实验课程中存在的问题，并针对问题提出了一系列行之有效的改革方案。本文的机构安排如下：第一部分分析当前民族院校数字逻辑实验课程教学过程中存在的问题，第二部分针对这些问题提出了对应的改革措施，第三部分结束语对文章进行了总结。

一、数字逻辑实验课程教学存在的问题

西南民族大学计算机科学与工程学院将数字逻辑设置在大二的第一个学期，虽然每年数字逻辑教研组的老师们都会根据情况对实验课程进行相应的调整和完善，然而目前的实验课程教学依然存在着以下问题。

（一）理论课程课时减少，而培养要求增高的矛盾

新工科背景下，对数字逻辑实验课程的教学培养需求提出了新的挑战。而在2018年的新培养方案调整中，民大计科学院各专业的数字逻辑理论课程的课时由原来的每学期68个课时缩减到了34个课时。随着课程课时的减少，如何优化实验课程的教学内容提升教学效率达到更高培养目标的要求，成为目前实验课程课堂教学的主要问题之一。

（二）实验环节和理论环节相分离的问题

数字逻辑是需要兼具逻辑思维和动手能力的学科，该课程以培养学生综合运用组合逻辑和时序逻辑设计数字电路的能力为教学目标。当前，大多数数字逻辑课程完全将理论教学与实验教学相分离。理论课程以基础知识和原理介绍及题目讲解和笔试考核为主;实验课程安排在理论课之外，且实验过程中涉及的各种芯片功能原理和数字逻辑电路设计理论，都是理论先导课介绍很久的知识且教授的理论知识同实验课程不能同步。学生不能及时对相关理论和设计进行验证，实验课程与理论课程严重脱节。不能实现理论教学和实验教学的有机融合成为数字电路与逻辑设计课程的另一问题。

（三）实验内容中综合性和设计性实验有待加强

目前的实验内容中验证性的比重较大，主要是对各种逻辑关系、芯片、简单组合逻辑电路和时序逻辑电路的验证性实验。与实际应用密切联系的综合性、设计性的实验内容较少，使学生认为做实验就是连导线、搭电路、记数据和写报告，导致其学习兴趣不高，不利于学生学习兴趣的培养和提高。

（四）实验教学缺乏灵活性、自主性和互动性

首先，现有的实验多是建立在固定电路上的，实验过程较机械和简单。很多情况下，都是教师在台上先演示实验过程，学生在下面跟着老师做，并没有充分调动学生的自主学习动力。其次，完成电路验证实验后，教师没有安排相应的拓展实验任务供学生独立完成。

（五）教学方式方法陈旧，学生兴趣缺乏

信息化程度的不断提升，使学生获取知识的途径更加便利和多样化。因此如何采用多样化的教学方式，例如利用虚拟仿真平台等进行实验，提升学生的注意力和兴趣已经成为数字逻辑实验课程教改过程中不可避免的问题。

（六）教学工具单一，教学方法不灵活

长期以来，数字逻辑课程都是利用在实验室的试验箱，让学生自己在试验箱上，用芯片和组合芯片验证数字逻辑电路功能，教学工具单一。教师在讲台上讲解相关内容，然后学生在老师的指导下进行操作，验证试验结果，并书写实验报告，教学方法不够灵活。

二、数字逻辑实验课程改革方案

本文拟从新工科建设下对计算机专业学生的能力培养的需求出发，针对目前数字逻辑实验课程教学过程中存在的问题，探讨改革思路，提出解决方案并进行教学试点。本文拟从以下七个方面对课程进行教学改革。

（一）优化实验课程的教学内容提升教学效率

针对理论课程课时缩减一半，而新工科能力培养要求增高的矛盾， 本项目拟重新规划实验课程的教学内容，将部分理论课中不能直观理解的内容，比如芯片引脚和功能的介绍等内容，放在实验课中进行讲解，讲解的同时让学生自己动手验证芯片功能，从而提高学生自主学习的能力，并提升教学效率。

由于目前理论课程课时缩减一半，而数字逻辑课程本身的教学内容又比较多，本项目拟适当地增加实验课的课时，将实验课的教学课时由原来的每学期30课时，增加到34课时。

（二）实验教学与理论教学紧密结合

针对实验教学和理论教学相孤立问题，本文拟重新调整培养方案，将原来从第三周开始上的实验课，调整到从第一周理论课结束之后就开始上。让学生及时学习到相关理论和设计的实例演示，缩短理论课和实验课相同内容学习之间的时间差，使实验和理论做到紧密结合。