陈 丹 戴仁俊

（江苏理工学院<计算机工程学院>，江苏 常州 213001）

0 引言

数字逻辑与设计是计算机科学与技术本科专业的专业主干课程。通过本课程的学习，培养学生分析数字电路的逻辑功能、设计具有特定逻辑功能的具体线路及集成电路的典型应用的能力，为学生今后学习相关计算机的硬件和接口知识打下良好的基础。

1 微课教学概述

微课是互联网时代的全新教学手段，通过教学视频，全面体现教学设计、教学素材和教学反思。单个微课视频约5～10分钟，时间短、内容精，能在有限的时间内突出重要知识点，符合学生认知规律。单个微课视频容量较低，微视频配套辅助资源不超100 MB，学生可通过智能手机或ipad等移动设备，在任何时间、任何地点观看，实现移动学习[1]。

“组合逻辑电路设计与实现”微课属于数字逻辑与设计课程中第四章组合逻辑电路的核心内容，具有交叉性、实践性和承上启下的特点，其前导知识点包括逻辑代数及逻辑函数的化简、集成门电路、组合逻辑电路分析等，后续知识点包括常用组合逻辑电路模块等。

由于该知识点的重要性，在教学设计过程中利用实际生活中常见的实例，以情景导入、提出问题、分析问题（新知剖析）、解决问题（实验验证）、问题拓展等环节展开教学，教学中在将实际案例、课程知识和操作实践三者结合起来，进一步深刻加深学生对组合逻辑电路设计这个知识点的理解和掌握。

2 “组合逻辑电路的设计与实现”教学目标和方法

组合逻辑电路的设计与实现教学目标主要体现在以下几个方面：（1）掌握组合逻辑电路的设计步骤；（2）巩固真值表、卡诺图化简、德摩根定律、门电路等知识；（3）熟悉组合逻辑电路的仿真方法；（4）熟悉组合逻辑电路的实验方法；（5）培养分析和解决实际逻辑问题的能力。

本微课采用情景导入→提出问题→分析问题（新知剖析）→解决问题（实验验证）→拓展问题的问题求解教学方法，将知识传授融入到实际案例问题的求解过程中。通过日常生活中常见的实例引入本次微课的内容，用这个案例问题驱动学生思考和学习，在对问题进行分析的过程中，引入组合逻辑电路的设计思路，并通过不断提问解疑的过程一步一步解决问题，过程中理论结合实践，用仿真和实验的手段体现了教学实验一体的教学方法。

3 教学过程设计

本微课的教学过程设计包括以下五个部分：情景导入、提出问题、分析问题（新知剖析）、解决问题（实验验证）、拓展问题。具体如下。

3.1 情景导入

通过观看一段电视选秀视频情景导入，如图1所示，提出在日常生活中一些场合运用某些控制电路来决定事件的结果，引起学生兴趣，有了对具体逻辑问题的逻辑关系的初步认识。例如：设计三人表决电路（A、B、C）。每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数人同意时指示灯亮，否则不亮。试采用合适的门电路实现。

3.2 提出问题

根据电视选秀视频情景提出如何设计实现一个“少数服从多数”的三人表决电路。给出实际逻辑问题。首先指明逻辑符号“0”“1”取值含义。输入：三个按键A、B、C，按下时为“1”，不按时为“0”。输出：评判结果L，多数同意时为“1”，否则为“0”。

3.3 分析问题（新知剖析）

分析“三人表决电路”的实际逻辑问题，对逻辑变量进行赋值；（1）根据逻辑关系，写出真值表；（2）由真值表自然写出逻辑函数表达式，用工程上设计要求“三少”引导学生对函数表达式进行化简；（3）利用卡诺图进行化简后得出此最简表达式，利用德摩根定理变换表达式，得出第二种的表达式，提出问题，例题要求用合适的门电路实现，哪种电路更合适呢？让学生思考并得出用哪种更合适；（4）选择更合适的电路后就可以画出其逻辑电路图；（5）总结组合逻辑设计的步骤，并阐述这五个步骤。

3.4 解决问题（实验验证）

利用提出问题“所设计的电路能否正常工作？”，指出工程中常用仿真软件来仿真设计好的电路，并利用仿真验证了所设计的电路的正确性。如图1仿真演示图，用波形图反映逻辑关系。

图1 仿真演示

采用实际的与非门芯片在实验箱上实验演示了整个电路的逻辑关系，实现了例题中的三人表决电路。如图2实验现象演示，静态逻辑输出和输入，是用来模仿传统实验箱的按键和数码管、LED灯，慢速时可以人眼观察。

图2 实验现象演示

设计、仿真、实验全部完成后，真正解决了实际逻辑问题。完成知识提升，对课堂学习进行小结：首先掌握组合逻辑电路设计的五个步骤；其次熟悉组合逻辑电路仿真和实验的方法；最后，提出要求学生熟练掌握以上方法，可以举一反三设计出其他功能的组合逻辑电路。

3.5 拓展问题

结合本次课学习的知识，进一步巩固所学新知识，提出要求设计另一个日常生活中常见的控制电路的任务，并给出三点要求提示学生。

4 教学反思

本微课采用情景导入→提出问题→分析问题（新知剖析）→解决问题（实验验证）→拓展问题的问题求解教学方法，将知识传授融入到实际案例问题的求解过程中。将实际应用问题简单化、设计步骤具体化、工程设计要求落实化，内容充实，重点突出、视频生动，突破传统灌输式教学，以问题求解方式将新授知识和实际问题相结合，培养学生复合能力；运用多种媒体，形象化表现教学内容；与课堂不同，微课教学更加注重引导培养学生自主学习解决问题的能力[2-4]。因此，通过以上教学方法和教学手段，激发了学生学习兴趣，培养了学生独立思考、解决问题的能力，同时也提高了学生工程设计和应用的能力。

根据工程教育专业认证的人才培养规格，计算机学科特点决定了培养学生实践动手能力是主线，将理论教学贯穿于实践操作能力培养过程中[5]，课内课外紧密结合，全面提高学生的数字逻辑与设计能力：（1）教学资源的创新。教师通过微课资源，将工程教育专业认证标准融入教学，对教学内容的深度和广度进行合理延伸和丰富，将理论知识点拓展成学生“实际、实用、实践”的知识点，并融入学生感兴趣的知识点，启发学生思维，使专业技能和岗位需求更加匹配[6]。（2）教学模式的创新。开展翻转课堂，实现知识输入在课外、内化运用在课内的高效率教与学，即线上学习与面授课程相结合的混合式教学模式，改变以教师为中心的先输入再输出的学习顺序，尝试先完成输出任务，待发现不足后再进行有针对的输入学习。

通过课题研究，以实用为主、以应用为目的，深入研究数字逻辑与设计课程教学改革，在课堂外学习、在课堂中实践、在行业企业中检验。依托超星数字资源平台建设微课资源，进一步提升教师的教学能力，助推课程资源开放共享，实现教学现代化。通过“微课+翻转课堂”的教学改革，贴近行业发展，关注教学的交际性、实践性、实用性，提高学生计算机应用能力和职业能力。学生通过微课资源，线上线下同步学习，学习主动性增强，自学效率提高。教学管理部门和相关研究单位基于微课资源加快创新人才培养，共享教师资源，提升教师信息化水平，提高学生综合素养。