以计算思维为导向的数字逻辑课程教学研究

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1、以计算思维为导向的数字逻辑课程教学研究合肥工业大学计算机与信息学院摘要：近年來，国N外教育界高度关注计算思维在计算机相关课程屮的教学改革。在分析目前高校数字逻辑课程教育现状的基础上，从教学内容的编排、教学形式的组织、教学方法的创新、实验课程的设计、考核方式的调整等儿个方面，探讨以计算思维为导向的数字逻辑课程教学新模式。关键词：数字逻辑;教学模式;计算思维;作者简介：徐娟，女，助理研允员，研允方向为振动监测与控制、人才培养模式研宄等，xujuan@hfut.edu.cn。基金：合肥工业大学青年教师教学研究项S(JYQN1628)1背景数字

2、电路与逻辑设计(以下简称数字逻辑)课程是计算机类相关专业的一门专业基础课，是计算机组成原理、微机原理与接口技术、单片机技术、嵌入式技术等课程的先导课程U1，在整个计算机硬件的知识体系中占有重要地位，肩负着引导学生了解计算机硬件组成，掌握其工作原理并进行计算机硬件电路分析与设计的重要使命。因此，如何提高教学质量、培养出软硬兼备的计算机工程高级专门人才，是我们在数字逻辑课程教学研允中需要首先解决的问题XZil。然而，随着大数据、人工智能、物联网等新技术的发展，传统数字逻辑课程教学面临着新的问题和挑战:一是课程教学内容与实践脱节;二是MOOC

3、等新教学模式的出现,彻底突破了传统“固定课堂+固定教师+固定内容”的教学方式［4-5］;三是当前计算机类专业学生在学习过程屮“欺软怕硬”和“唯工具论”的现象比较突出。为了应对上述问题，近年来国内外高等教育界大力倡导通过计算思维的培养来改革计算机和关课程的教学［6-7］。2以计算思维为导向的计算机相关课程教学改革现状计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为,其特点是形式化的表示和机械化的执行，本质内容是抽象和自动化，涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动M。以计算思维为导向的计算机相关课程教学改革目标是培养学生

4、的计算思维意识和方法，使学生在课程学习过程中具备从本质上和全局上解决问题的能力，从而能够更深层次地理解计算机科学m。近年来，美国NSF持续支持众多计算思维训练与人冰培养方面的研宄项目XM，我m的陈m良院士［11］、李廉教授［12］、战德臣教授m等多名计算机学科领军学者也一直倡导围绕计算思维的计算机类课程教学改革。2013年5月，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布了《计算思维教学改革宣言》11虹。经过4年多的发展，目前各高校已棊本形成共识，即计算机相关课程教学改革的重耍方向之一就是以培养学生的计算思维为导向，进行课程实践和探索

5、［14］。3以计算思维为导向的数字逻辑课程教学体系结合人工智能和大数据的时代特征，教学目标是通过“课程授课一小班讨论课一课程实验”组织形式的棊本教学体系及内容组织方式，着力挖掘数字逻辑课程的计算思维属性。在课程讲授中，教师要讲透计算思维在数字逻辑课程中的表现，突出“问题一计算一可计算与可实现”的思考过程;通过教学形式、教学内容、教学方法和考评机制的改革和实践，探索以计算思维为导向的数字逻辑课程教学新模式，为适应我国信息技术的发展培养出更多具冇计算思维的高级专门人才。3.1改革教学形式，加强师生互动传统“固定课堂+固定教师+固定内容”的教

6、学方式已经无法适应M00C时代知识学习的要求，有必要在原有课堂教学基础上，增加小班讨论课的课外教学环节，通过建设课程网站让学生进行线上学习。0前，我校数字逻辑课程总学吋48学时，其屮理论学时40学时，实验学时8学时。众所周知，在48学时屮想涵盖数字逻辑的全部内容、而而俱到是不可能的，因此，教师在授课过程中往往压缩了很多外延内容，而只保留核心的知识点。对于计算思维的培养而言，外延知识往往会对学生起到更好的启发和引导效果，因此可以另外设置8学时的小班讨论课，使学生利用课余吋间通过课程网站的交互形式进行学习。线上学习中，规定3、名学生为一个小

7、组，小组内学生自由组合，每组安排不同的报告主题和任务，学生在课余时间自行收集和整理报告内容，任课教师或者助教在指定时间内在线参与小组讨论和引导学生学习，最终要求学生定时提交任务报告。小班讨论课的落实是M00C时代数字逻辑课程教学方式的变革，能够提供更为灵活便捷的教学手段和丰富多样的教学内容。以“半导体存储器的发展与应用”为主题的小班讨论课为例，我们建议学生以“半导体存储器设计及应用现状”为主线，从多个方面收集素材并进行学习调研，如半导体存储器的发展历程、国内外研宄现状、目前主流的厂家及最新产品、未来半导体存储器的发展趋势等。通过这种教学

8、形式，引导学生自发关注和了解与课程相关的工业界发展现状和技术水平。学生感受到自己所学的知识在工程技术领域中人冇可为，会极人地激发对所学专业课程的兴趣，催生自主学习的N在动力。更重要的是，虽然数字逻辑课程中涉