論述基于PBL教學(xué)模式的數(shù)字邏輯課程教學(xué)研究
論文關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯 PBL教學(xué) 教學(xué)研究
論文摘 要：針對(duì)目前“數(shù)字邏輯”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，在分析“數(shù)字邏輯”課程的特點(diǎn)、教學(xué)現(xiàn)狀和PBL教學(xué)模式內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，文章提出將PBL教學(xué)方法應(yīng)用于“數(shù)字邏輯”教學(xué)過(guò)程中的觀點(diǎn)，并提出“2+2”教學(xué)方案。教學(xué)實(shí)踐表明，將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于數(shù)字邏輯課程中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使他們進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字邏輯的原理、知識(shí)、概念的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
“數(shù)字邏輯”課程是理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，從機(jī)的層次結(jié)構(gòu)上講，“數(shù)字邏輯”是深入了解計(jì)算機(jī)“內(nèi)核”的一門(mén)最關(guān)鍵的基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[1]。其任務(wù)是使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯與系統(tǒng)的工作原理和分析方法，能對(duì)主要的邏輯部件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路和高密度可編程邏輯器件，掌握數(shù)字系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各種超大規(guī)模數(shù)字集成電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
PBL全稱(chēng)為Problem—Based Learning，被翻譯成“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)”或“問(wèn)題式學(xué)習(xí)”。其基本思路是以問(wèn)題為基礎(chǔ)來(lái)展開(kāi)學(xué)習(xí)和教學(xué)過(guò)程[2]。PBL教學(xué)法是以問(wèn)題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以小組討論形式，在老師的參與和指導(dǎo)下，圍繞某一具體問(wèn)題開(kāi)展研究和學(xué)習(xí)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力[3]。如今PBL教學(xué)已經(jīng)成為美國(guó)中最重要和最有影響力的教學(xué)方法。
1 研究背景
1.1 數(shù)字邏輯課程的內(nèi)容及其教學(xué)中存在的問(wèn)題
數(shù)字邏輯課程的主要內(nèi)容包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)和數(shù)字電路兩個(gè)部分，在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生應(yīng)把握好這兩條貫穿整個(gè)課程的主線(xiàn)。數(shù)字邏輯基礎(chǔ)是研究數(shù)字電
路的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，教師在教學(xué)中應(yīng)使學(xué)生明確數(shù)字電路中邏輯變量的概念，掌握邏輯代數(shù)(布爾代數(shù))的基本運(yùn)算公式、定理，能夠熟練對(duì)邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)。數(shù)字電路是解決邏輯問(wèn)題的硬件電路，包括組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩種基本形式。對(duì)于每一種電路形式，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生從基本單元電路入手，熟悉其常用中規(guī)模集成電路的原理及使用方法，掌握數(shù)字電路(組合和時(shí)序電路)的分析和設(shè)計(jì)方法，并了解數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，數(shù)字邏輯課程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1) 數(shù)字邏輯課程是一門(mén)既抽象又具體的課程。在邏輯問(wèn)題的提取和描述方面是抽象的，而在邏輯問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)上是具體的。因此，學(xué)習(xí)中既要?jiǎng)?wù)虛，又要?jiǎng)?wù)實(shí)。
2) 理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。該課程各部分知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用直接相關(guān)，學(xué)習(xí)中必須將理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，真正培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
3) 邏輯設(shè)計(jì)方法靈活。許多問(wèn)題的處理沒(méi)有固定的方法和步驟，很大程度上取決于操作者的邏輯思維推理能力、知識(shí)廣度和深度、以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。換而言之，邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)具有較大的彈性和可塑性。
筆者發(fā)現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在以下一些問(wèn)題。
1) 在教學(xué)方式上，很多教師仍然在以“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)方式為主，整堂課以教師為中心，教師將書(shū)本上現(xiàn)成的內(nèi)容、公式、定理、結(jié)論講授給學(xué)生，這使學(xué)生不能主動(dòng)地去思考和探索，只能機(jī)械地記憶若干公式定理結(jié)論，長(zhǎng)期下去會(huì)使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。
2) 在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)上，一些教師側(cè)重理論知識(shí)的講授，忽視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，致使學(xué)生在面對(duì)具體應(yīng)用問(wèn)題時(shí)手忙腳亂，不知道如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)方案的選擇上，一些教師以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為主，擴(kuò)展性不足，使學(xué)生無(wú)法與實(shí)際工程項(xiàng)目接軌，不能很好地解決實(shí)際問(wèn)題。
1.2 PBL教學(xué)的內(nèi)涵
在傳統(tǒng)教學(xué)中，我們習(xí)慣于把知識(shí)的獲得和應(yīng)用看成是教學(xué)中兩個(gè)獨(dú)立的階段。實(shí)際上，知識(shí)的應(yīng)用并不是知識(shí)的套用，在應(yīng)用知識(shí)解決有關(guān)問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者常常需要針對(duì)當(dāng)前的具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)出解決當(dāng)前問(wèn)題的方案。因此，應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程同樣是一個(gè)建構(gòu)過(guò)程，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者需要對(duì)問(wèn)題背后所隱含的基本關(guān)系、基本做思考、分析、考察，從而建構(gòu)起相應(yīng)的知識(shí)。
以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法(PBL)是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式，與傳統(tǒng)的以學(xué)科為基礎(chǔ)的教學(xué)法有很大不同，PBL 強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師講授為主；PBL 將學(xué)習(xí)與更大的任務(wù)或問(wèn)題掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入于問(wèn)題中；它設(shè)計(jì)真實(shí)性任務(wù)，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問(wèn)題情景中，通過(guò)學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來(lái)解決問(wèn)題，從而學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力，真正提高學(xué)習(xí)者分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
當(dāng)今的建構(gòu)主義者越來(lái)越重視問(wèn)題在學(xué)習(xí)中的作用，以問(wèn)題為中心，以問(wèn)題為基礎(chǔ)，讓學(xué)生通過(guò)解決問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)，通過(guò)高水平的思維來(lái)學(xué)習(xí)，這是當(dāng)今教學(xué)改革的重要思路。
2 PBL教學(xué)模式在數(shù)字邏輯課程中的應(yīng)用
2.1 教材選擇
針對(duì)PBL教學(xué)法，根據(jù)計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，筆者選擇由歐陽(yáng)星明主編、華中科技大學(xué)出版社出版的《數(shù)字邏輯》(第四版)作為基礎(chǔ)教材，由歐陽(yáng)星明主編、人民郵電出版社出版的《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》作為教材。選擇教材的目的是理論和實(shí)踐相結(jié)合，每本教材各有其側(cè)重點(diǎn)。
2.2 PBL教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計(jì)
在“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)”模式的課堂中，教師是指導(dǎo)者，學(xué)生是活動(dòng)的主體，它要求學(xué)生要會(huì)主動(dòng)地去尋找學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，然后帶著問(wèn)題，在自己能力所及的范圍內(nèi)概括和應(yīng)用知識(shí)，運(yùn)用各種已有的知識(shí)和科學(xué)的方法去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。其教學(xué)目標(biāo)立足于培養(yǎng)學(xué)生靈活的知識(shí)基礎(chǔ)，高層次思維能力、自主學(xué)習(xí)能力以及合作學(xué)習(xí)能力�；趩�(wèn)題學(xué)習(xí)體現(xiàn)在課堂上，最突出的特點(diǎn)就是促使學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)中去，成為積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，從而去努力學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技能，并能逐漸把所學(xué)知識(shí)整合，最終達(dá)到用知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題的目的。 作者在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)PBL教學(xué)模式，提出“2+2”教學(xué)方案，包括4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：提出問(wèn)題→解決問(wèn)題→方案討論→評(píng)價(jià)。
在上述4個(gè)環(huán)節(jié)中，教師主要參與提出問(wèn)題環(huán)節(jié)和總結(jié)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，學(xué)生主要參與解決問(wèn)題環(huán)節(jié)和方案討論環(huán)節(jié)。下面具體說(shuō)明各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)置。
1) 提出問(wèn)題。
提出問(wèn)題環(huán)節(jié)是教學(xué)方案中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是教師參與的第一個(gè)環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中教師應(yīng)該根據(jù)所講課程內(nèi)容的不同設(shè)計(jì)出不同的問(wèn)題，好的問(wèn)題是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的關(guān)鍵。一個(gè)好的問(wèn)題能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及合作學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。
筆者講到組合邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)，提出的問(wèn)題是設(shè)計(jì)一個(gè)全加器，用硬件描述語(yǔ)言VHDL進(jìn)行描述并在試驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還給出一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的例程，共學(xué)生參考學(xué)習(xí)；在講到時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)，提出的問(wèn)題是設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)尾燈控制器，并對(duì)選用的邏輯門(mén)器件進(jìn)行了要求。
這個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)了學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)。
2) 解決問(wèn)題。
解決問(wèn)題環(huán)節(jié)是以學(xué)生為主體的環(huán)節(jié)，是學(xué)生對(duì)老師提出的問(wèn)題進(jìn)行解決。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，老師首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，以5～7個(gè)人為一組。學(xué)生接受任務(wù)后學(xué)習(xí)興趣提高，小組成員進(jìn)行分工，采取各種方法來(lái)完成任務(wù)。每個(gè)小組共同學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)好的同學(xué)帶動(dòng)大家一起學(xué)習(xí)，互相幫助，學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，主動(dòng)地思考和探索老師所提出的問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。在實(shí)際解決問(wèn)題過(guò)程中，學(xué)生將面臨一些困難，如邏輯器件的選擇上、語(yǔ)言的描述上、具體問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)上，等等。
通過(guò)這一環(huán)節(jié)，教師也感受到同學(xué)們的想象力、創(chuàng)造力和動(dòng)手能力等都是非常強(qiáng)的。
3) 方案討論。
在方案討論這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)到的知識(shí)對(duì)自己所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行討論，積極發(fā)言，提出自己的見(jiàn)解，說(shuō)明自己的理由。教師根據(jù)學(xué)生們的發(fā)言，指出其合理的地方，對(duì)其不足的地方進(jìn)行指正，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題。如在全加器的設(shè)計(jì)問(wèn)題中，有的小組采用的是多種邏輯門(mén)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，有的小組基于問(wèn)題考慮，只采用與非門(mén)電路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)小組都詳細(xì)闡明自己的觀點(diǎn)，對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。
在這個(gè)環(huán)節(jié)，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)放開(kāi)思路，開(kāi)拓創(chuàng)新，
鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行多途徑思考，全方位構(gòu)思。這樣既加強(qiáng)了學(xué)生們學(xué)習(xí)自覺(jué)性、開(kāi)創(chuàng)性，又培養(yǎng)學(xué)生更多地進(jìn)行綜合思考，得到更多的鍛煉，提高分析和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。
4) 總結(jié)評(píng)價(jià)。
小組必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)任務(wù)。各個(gè)小組分別展示各自成果，其他小組學(xué)生提出問(wèn)題進(jìn)行互動(dòng)并相互評(píng)價(jià)，老師給出點(diǎn)評(píng)并比較各自設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后老師進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師作為主要參與者，一方面要對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性的總結(jié)歸納，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握具有條理性，另一方面還要對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式擴(kuò)展，使學(xué)生的知識(shí)面更廣，同時(shí)對(duì)一些難點(diǎn)重點(diǎn)再次進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。
3 結(jié)語(yǔ)
數(shù)字邏輯是一門(mén)理論聯(lián)系實(shí)踐比較強(qiáng)的課程，在教學(xué)中采用PBL教學(xué)模式，不僅可以提高學(xué)生掌握知識(shí)的能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，還能提高學(xué)生的交流和合作能力。PBL教學(xué)可以使得數(shù)字邏輯課程目標(biāo)更好的實(shí)現(xiàn)，能夠引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在實(shí)際的教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。
參考：
[1] 季偉東,張軍. 數(shù)字邏輯課程的探究性教學(xué)研究與實(shí)踐[J]. 機(jī),2010(10):76-78.
[2] 付森. PBL教學(xué)法在數(shù)據(jù)庫(kù)原理教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2010(10):91-93.
[3] 賴(lài)維瑋. 環(huán)境下PBL教學(xué)模式研究與實(shí)踐[J]. 教育信息化,2009(8):72-74.
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