面向计算机专业的《数字逻辑》课程教学,本文是计算机专业类有关硕士毕业论文范文和计算机专业和《数字逻辑》和教学研究有关学士学位论文范文.
计算机专业论文参考文献：
张黎,唐兵
（湖南科技大学计算机科学与工程学院,湖南湘潭411201）
摘 要：《数字逻辑》作为计算机专业的硬件基础课程,要求学生掌握数字电路设计的基本技能,了解计算机辅助设计技术,通过EDA等技术设计计算机基础部件.该课程作为计算机组成原理与计算机体系结构的先导课程,教学存在知识点陈旧、与后续课程关联性不强等问题.针对上述问题整合教学内容,改革实验环节,改进教学手段等措施,以协调与其他硬件课程的相关性,提升学生学习兴趣.
关键词：数字逻辑;计算机辅助设计;教学内容;实验方式;教学手段
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：16727800（2018）09003603
收稿日期：20180423
基金项目：湖南科技大学教学研究与改革项目（G31606）；湖南科技大学教学研究与改革项目（G31548）；湖南科技大学研究生教育改革研究项目(J151204)
作者简介：张黎（1981）,女,硕士,湖南张家界人,湖南科技大学计算机科学与工程学院讲师,研究方向为计算机网络与云计算;唐兵（1982）,男,博士,湖南科技大学计算机科学与工程学院副教授,研究方向为云计算与大数据.
《数字逻辑》是计算机相关专业的重要基础课,是技术性、实验性很强的课程,主要培养学生的逻辑思维和对分立元器件及芯片的认知、运用并搭建电路的能力.只有将这门课程在具体教学内容方面与电子类专业的数字电子技术类课程区别对待,学生才能对后续硬件相关课程如《计算机组成原理》、《微机原理》、《计算机系统结构》等有全面深入地理解.本文分析计算机专业的特点,并就计算机专业的《数字逻辑》课程教学进行了探讨.
1课程体系及教学问题
计算机专业课程体系主要包括计算机硬件和软件两方面的内容,硬件方面涉及到的课程有《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《微型计算机技术》、《计算机体系结构》、《操作系统》和《编译原理》等［1］.这些课程旨在培养学生对计算机层次结构、CPU、指令、存储器及I/O操作的整体把握,让学生理解程序语言、指令集和操作系统间的关系,理解指令在计算机硬件上的执行过程［2］.《数字逻辑》课程教学内容侧重于对分立元器件和中小规模集成电路的讲解以及利用这些元器件和芯片设计简单电路.教学内容老化,知识点相互独立,并没有突出计算机专业教学体系结构中硬件及组成原理所要掌握的重点,与后续课程关联性不强,与当前广泛使用的大规模超大规模集成电路连接性较差.学生学完后,在学习其他硬件方面课程时仍然不理解基本器件和原理,给后续的教学工作带来极大挑战.因此,在制定培养目标和培养方案时,需要全面系统构建相关课程的教学内容和实验方案,让学生能够全面深入理解计算机体系结构及工作原理,为将来进一步提升设计创新能力打下基础.
2课程教学改革措施
2.1调整教学内容
《数字逻辑》课程教学内容主要分为逻辑基础、电路主体和系统设计三部分.教学讲解基本元器件的组成时,往往需要涉及到模拟电路的知识.制定培养方案时,有部分院校将模拟电路和《数字逻辑》安排在同一学期同一时段上课,甚至没有开设模拟电路课程,因此学生对基本模拟元器件如二极管、三极管、MOS管等并不了解,因此教师还需要花时间介绍,对于只有40个理论课时的教学而言,无疑是雪上加霜.教学过程中,要求学生掌握基本逻辑、组合和时序电路,半导体存储器以及可编程逻辑器件等内容已相当困难,往往讲解完时序电路后课时就已接近尾声,几乎没有涉及到《计算机组成原理》等课程的基本知识点.因此,教学安排和教学内容的改革势在必行.课程设置上,应将模拟电路安排在《数字逻辑》的前一学期讲授,这样《数字逻辑》教师就不用花费时间讲解模拟器件.教学过程中,教师应该重点讲述数字电路分析和设计方法,弱化集成芯片内部电路结构［3］,选用与后续课程关联性较强的内容作为电路设计案例.例如,在讲授基本知识点后,教师可以进行“简易计算机功能分析与设计”的案例讲解.一台能完成基本运算的计算机需要运算器、存储器、控制器和输入输出设备.运算器在实际运算过程中不仅能进行算术运算,还能进行逻辑运算,因此叫做算术逻辑单元,其主要部件是加法器、累加器；存储器存储指令和数据,其主要组成部分是地址和数据寄存器；控制器就是在时钟脉冲的控制下向各个部件发出指令,主要由指令寄存器、译码器、控制电路、节拍发生器和时钟信号源组成.这些元器件在《数字逻辑》基本知识点中都已经全面讲解,如何将这些元器件组合起来实现简易计算机的功能,就需要教师从“框图设计-控制器设计-逻辑图设计-简易计算机实现”等多个步骤详细讲解.如果学生能够掌握整个案例的分析及设计过程,就会更容易理解后续的《计算机组成原理》等课程.
整合课程教学内容之后,还需要与后续课程进行统一协同规划,避免内容重复,使《数字逻辑》课程教学更适用于计算机专业要求.教材力求内容少而精,可选择以中规模集成电路芯片应用为主、适当兼顾器件基础知识的教材,以分立元件为主,过多强调内部工作原理的教材则不太适用于计算机专业教学.同时还可引入EDA技术、VHDL语言,通过计算机辅助软件设计电路,让学生在仿真过程中提升设计及编程能力,并通过视觉仿真效果提升学生对课程的兴趣.
2.2改进实验方式
传统《数字逻辑》实验环节中,教师要求学生按照“列真值表—写逻辑函数表达式—化简逻辑函数—画逻辑原理图—选择IC元器件—画逻辑电路图—在面包板上将集成电路连接起来进行调试和测试—消除逻辑错误和竞争冒险”等步骤操作.在将IC元器件以及其他元件如电阻等在面包板上连接的过程中,由于导线错综复杂,学生在操作过程中将导线、芯片管脚连错或导线、管脚接触不良而导致实验失败甚至烧坏芯片的情形比比皆是,原本简单的实验在排查线路故障的过程中耗费大量时间,元器件的损坏也较大,同时对教师和学生的理论与实践动手能力也要求较高.因此,长期以来我国高等学校计算机专业在计算机硬件基础设计环节较为薄弱.
第9期张黎,唐兵：面向计算机专业的《数字逻辑》课程教学研究
张黎,唐兵：面向计算机专业的《数字逻辑》课程教学研究
第9期
21世纪初,个别高校开始探索改革计算机硬件课程体系实验教学,包括在《计算机组成原理》课程之后开设专门的课程设计或者增加设计性实验,要求学生用VHDL在FPGA板上进行硬件设计.由于学生在设计之前并没有系统学习硬件描述语言VHDL,更没有用VHDL设计电路的经验,因此孤立的对计算机组成原理进行改革并没能取得多大成效.只有对计算机专业硬件基础课程实验教学体系进行改革,才能彻底解决问题［4］.
计算机专业硬件基础课程实验教学体系的改革首先在从前期课程《数字逻辑》中增加硬件描述语言VHDL的讲解,摒弃利用分离元器件和面包板进行电路连接的实验方式,让学生在Altera公司的Quartus II实验平台上编辑、编译VHDL并进行仿真,之后的《计算机组成原理》等课程也采用同样的实验技术,以达到课程之间的无缝衔接.在计算机组成原理中,主要是运算器、控制器和主存储器的实验,除了要求学生掌握这些部件的原理知识外,还要求学生具有一定的设计组合逻辑电路和时序逻辑电路的能力.《数字逻辑》重点是对基本逻辑电路如译码器、加法器、计数器、寄存器和状态机进行设计和实现,加法器是ALU的重要组成部分,而ALU、寄存器和译码器等单元又组成了运算器.因此,在《数字逻辑》中应该增加有针对性的实验,培养学生对大型数字系统分块设计、组合“层次结构设计”的能力,为之后的《计算机组成原理》实验奠定基础.为此,可以安排“N进制计数器芯片设计M进制计数器”实验,同时增加设计性的实验课题如“自动售货机”、“数字时钟”、“可控计数器”等,让学生在分析、设计、编程、仿真的过程中提升能力.
2.3多样化教学手段
目前各高校课堂教学均采用现代化教学手段,采用操作性较强的知识点分解动作制作多媒体课件.对《数字逻辑》这门课程而言,理论性和抽象性较强,如果仍采用教师在课堂上灌输知识的方式,将不能满足学生对知识的寻求与渴望.找到突破口,改变教学方式与手段的单一性势在必行.
微课程是指时长10min左右,有明确教学目标,内容短小,集中说明一个问题的小课程［5］.这种新型教学模式的出现正是从过去知识的被动灌输式和以考试为中心的教学模式,转向新型个性化教育方式的体现.与微课堂相比,课堂教学一节课至少45min,自制力较差的学生往往不能自始至终集中注意力,导致教学效果差.微课堂改变了这一点,让学生在较短的时间内掌握教学知识点,效果事半功倍.如何利用好这种新型教学模式,正是《数字逻辑》课程在教学过程中需要考虑的问题.教师可以将课程的重难点制作成多个微课程供学生在课前预习课后复习.对于一些生活中常用的典型案例,比如计时器、交通灯、流水彩灯、汽车尾灯控制电路等,可以将原理讲解、软件仿真过程录制成视频,以微课程形式让学生在视觉效果中了解到课程的重要性并提升学习兴趣.在课堂教学中便可不必花费大量时间,更有利于充分利用有限的课堂教学对与后续课程相关性大的知识点进行讲解.
教师为学生提供了课件、微课堂视频等教学资料的同时,师生之间如何快速有效的交流也至关重要.学生在自主学习过程中遇到问题如何向教师请教,教师如何解答,都将影响学生的积极性.将微信公众平台应用到教学中将极大的提升教学效率,让学生和教师之间建立起方便快捷的沟通桥梁［6］.通过微信平台,教师可以将教学素材包括图片、视频、文件等推送给学生,给学生布置作业,并对学生提出的问题作出解答；学生也可以上传作业,在平台上讨论问题,便于教师及时的掌握相关信息,跟踪学生的学习情况,了解学生的个体差异.
3结语
采用现代化教学手段,完善计算机专业硬件课程教学的知识体系、提高学生综合能力是一项系统工程.《数字逻辑》作为计算机专业的必修课,重要性不言而喻.如何加强《数字逻辑》与其他硬件课程之间的联系,为后续课程学习打下坚实基础,就要求教师在教学过程中注重理论教学内容、调整实验教学内容,改进教学方法和教学手段,因材施教,激发学生的学习兴趣,只有这样才能提高教学效率,更好的完成教学任务.
参考文献：
［1］王诗兵,王中心,李军,等.计算机专业“数字逻辑”课程的教学设计与实践［J］.计算机教育,2012(24):5256.
［2］杨新凯.面向计算机系统能力培养的《数字逻辑》课程教学改革探讨［J］.教育教学论坛,2014(6):148149.
［3］李秀媛,纪秀花,闫华.计算机专业“数字逻辑电路”教学模式改革［J］.电气电子教学学报,2009(4):1819.
［4］盛建伦,巩玉玺,刘淑霞,等.计算机专业硬件基础课程实验教学体系的研究［J］.实验室研究与探索,2013(10)：387391.
［5］梁乐明.微课程设计模式研究——基于国内外微课程的对比分析［J］.开放教育研究,2013(2):6573.
［6］李权,杨德刚,宋伟伟.基于微信公众平台的翻转课堂学习模式研究［J］.东南传播,2014(12):103105.
（编辑：钟艳芬）
此文总结：本文论述了关于经典计算机专业专业范文可作为计算机专业和《数字逻辑》和教学研究方面的大学硕士与本科毕业论文计算机专业论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
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