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          文章編号：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，很多同學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。

课程的实验题目可以多选取贴近日常生活中的案例，如交通灯、计时器、数字时钟等小型数字系统的设计与实现，让学生结合具体的生活实际案例进行分析和设计，一方面提高学生的学习兴趣，另一方面锻炼学生的动手能力和实践能力，加强理论与现实实践的结合。

（三）以立体式的实验教学体系构建为目标

针对实验教学内容需要加强综合性、设计性实验的问题，构建了“基础实验”“大型实验”“综合实验”等多层次的实验内容体系。以综合提高学生的学习兴趣，并锻炼学生设计大型实验和综合实验的能力。

（1）基础实验层次教学包括电路基础实验和仿真电子基础实验。其目标是培养学生的基本实验技能和分析解决问题的能力。采用分组实验的方式，保证每个学生在实践中都有操作和实践的机会。

（2）大型实验层次以大型数字电路实验为主，以培养学生独立分析、处理问题的能力为教学目标，促进知识更新，鼓励创新思维，提高学生系统分析、设计和应用方面的能力，教学方式为学生在规定范围内独立选择课题，并在实验室以两人一组的方式独立完成实验。

（3）综合实验型层次以数字电路系统性实验的设计与实践为主要内容，重点培养学生综合利用先导学习背景实验下的数字逻辑的专业知识和工程技能，设计和分析大型数字电路系统，着重培养学生的创新、自主学习、系统分析和设计的能力。教学可以结合电子设计竞赛等课外科技活动来进行安排。教学方法是在教师的指导下，在开放式实验环境中，通过需求分析、数据查询、方案演示、设计调试、测试分析等过程，最终完成该实验项目。

（四）重视具体的实验步骤，贯彻预习、操作和总结的“实验三部曲”

针对实验教学缺乏灵活性、自主性和互动性的问题，在开设的数字逻辑实验课程中，将实验过程划分为三个阶段，预习、操作和总结。同时增加随堂测试和课堂讨论与互动，提高学生的自主学习能力。

（1）预习是为了使学生了解实验的基本方法和原理，在老师的引导下使其快速掌握实验原理及方法，在保证实验质量的前提下设计出实验逻辑电路。同时预习需要学生提交预习报告。

（2）操作不仅是学生对基本原理和方法的重新理解，而且也是对自己动手设计的数字逻辑电路进行验证的过程。通过实践，可以加深学生对所学理论知识的理解。实验操作完成后需要教师的检查和验收。

（3）总结就是通过总结实验过程中的现象，发现实验过程中存在的问题，回顾整个实验的过程和步骤，总结实验心得体会，然后撰写相关实验报告，加强对所学知识点的理解。

（五）采用新兴的多样化教学手段

针对该问题，积极进行在线开放课程建设，鼓励学生在线上和线下同时进行学习。同时，灵活设置实验课教学内容，并多从日常生活中选取案例，增加做实验的兴趣。

（1）本科生网络教学环境的开放，将师生之间的交流限制在课堂上的几个小时内，课堂下面对面的交流机会减少。借助互联网的快速发展，学校可以建立校园网，为师生提供学习交流的网络平台。教师可以在平台上设置一个课程网络区域，师生可以共享网络资源。学生可以从网络平台下载多媒体课件进行自学，教师也可以随时了解学生的学习动态，实时地调整数字逻辑实验课程的教学计划。

（2）进行在线开放课程建设，鼓励学生在线上和线下同时进行学习。由于部分民族院校的学生来自比较偏远的民族地区，學习基础比较薄弱。设置线上课程，方便学生随时观看，并进行预习和复习。将平时上课讲课的内容进行录像，并放在学校的在线开放课程平台。此外，在在线平台上建立每个讲解视频的重点和难点，以及学生学习情况统计，方便老师了解学生线下学习的具体情况。

（六）采用多样化的教学工具

虚拟仿真平台教学是近年来教师们积极探索教学改革的重要手段。尤其是应对诸如“新型冠状肺炎”等突如其来的情况时，学生不能及时来学校上课，利用虚拟仿真平台进行教学，能够克服硬件实验课程教学的短板，保证学生课程的有效持续和培养方案的具体实施。

积极探索虚拟仿真平台教学，具有重要的现实意义。在本课程的教学改革探索中，我们将积极采用protues软件平台，使同学们在电脑上就能模拟实验箱上的动作，通过在电脑端拖动实验器材，点击链接线，并观看实验结果，可以方便学生更直观地验证实验效果。同时网络虚拟仿真平台教学还可以更方便地开展综合性实验和大型实验的设计和实现，并不需要学生购买大量的元器件来完成大型实验，既可以减少教学的成本，同时还能减少手工连线过程中容易出现的连接错误，导致实验失败。此外，还可以将学生在电脑上进行的实验，下载到可编程的硬件实验电路板上，对实验结果进行验证。虚实结合的实验方式，方法灵活，学生体验也更为良好，对于培养学生的动手能力和学习兴趣有很大的帮助。虚拟仿真实验教学还可以在线上进行教学。通过腾讯课堂或者超星课堂，不需要直接接触试验箱，就可以方便地对同学进行线上教学实践。方便随时开课，也方便学生随时对课程内容进行复习。线上和线下结合的教学方式，可以使学生对所学的知识点掌握得更加牢固，同时还可以有效地增强学生的学习兴趣。

（七）改革数字逻辑实验课程考核方法

考核方式的改革应包含两个方面：一是要改变传统的考核形式和内容，二是要改变过去的成绩考核构成。针对民族院校学生的具体学习能力和学习情况，在数字逻辑实验课程最终评定过程中，不以期末考试的成绩“一考定终身”，降低期末考试分数在总分中的比重，增加平时分数和实验分数的比重，即总分数=期末分数（50%）+平时分数（30%）+实验成绩（20%）。

（1）期末分数以综合性考试的方式考核得出，要求学生两人一组完成一项命题式的综合性实验。占总成绩的50%。

（2）平时的分数应该反映学生在课程学习过程中的平时表现。通常，平时分数分为三个部分：出勤率（10%）、过程评估（10%）、作业和课堂表现（10%）。而实验分数中预习报告占总分数的5%、实际操作占10%，实验报告占5%。

（3）综上所述，总分数就能更全面地反映学生在数字逻辑实验课程学习过程中的学习和掌握情况。学生若想取得优异的成绩，就必须在课程学习的各个阶段表现出色，因而提高学生的学习动机和内驱力。

三、结束语

本文以能力培养为目标，以新工科教育背景的民族院校数字逻辑实验课程教学改革探索为切入点，首先分析了民族院校学生的具体学情，然后介绍了当前教育背景之下数字逻辑实验课程存在的一些不足，从而引入了本文探索教学改革的目的及意义;最后详细阐述了从理论课程与实验课程交叉进行，设计立体式不同难度和维度的实验体系，设置自主性选择性实验项目和提高性项目，增加随堂测试和课堂讨论互动，提高学生上课积极性，做好在线开放课程，利用虚拟仿真实验平台，开展线上线下混合式教学，做好课堂内外的学习互动等课程改革措施。希望通过本次教学改革能够有效改善当前课程教学过程中存在的一些问题，从而实践出一套更适合学生的教学体系，使得学生在专业能力、学习能力等综合方面都得到全面提高。

参考文献：

[1]林纯，陈娟，王建平，等.新工科背景下数字逻辑电路教学改革探索与实践[J].中国教育技术装备，2019（24）：106-107+110.

[2]刘欢欢.新工科背景下的计算机专业基础课教学模式改革探究——以《数字逻辑基础》为例[J].电子世界，2019（16）：102-103.

[3]赵春波，谭雪霏，徐娟娟.新工科背景下通信原理课程教学改革探索与实践[J].教育现代化，2019，6（71）：90-91.

[4]郭金妹，张建荣，陈磊.“新工科”背景下面向实践创新能力培养的数字电子技术基础课程教学模式改革與实践[J].科教导刊（下旬），2019（12）：113-115.

[5]李东勤，徐勇，常郝.系统能力培养背景下《数字逻辑》课程实践教学改革[J].现代计算机，2020（31）：68-71.

[6]刘琪芳，杨怀卿，刘振宇.新工科背景下的电子信息类实践教学探索[J].电气电子教学学报，2019，41（6）：151-154.

[7]王君，谢维奇，何云红.浅谈新工科下计算机系统能力培养的探索[J].电脑知识与技术，2019，15（3）：124-125.

[8]余华，郭娟，邹梦强.基于项目式的《数字逻辑》实践教学探索[J].家庭生活指南，2019（5）：293.

基金项目：2019年四川省科技厅国际科技创新合作项目“基于车队模型的车联网智能驾驶关键技术研究”（2019YFH0033）;2019年西南民族大学校级一流本科课程建设项目“数字逻辑实验线下一流课程”（2019YLKC04）;2021年西南民族大学校级一流本科课程建设项目“数字逻辑实验线上线下混合式一流课程”（2021YLKC17）

作者简介：邵彩幸（1983-），女，汉族，河南开封人，博士，讲师，硕士研究生导师，研究方向为物联网通信，车联网通信，强化学习技术。