計算機數(shù)字邏輯課程設(shè)計教學思考的論文

時間：2024-10-08 01:48:05 計算機我要投稿

　　摘要：現(xiàn)有的數(shù)字邏輯課程實踐教學環(huán)節(jié)，一般僅包括驗證性實驗教學；為了提升計算機專業(yè)學生的實際工程分析能力，引入了課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)。通過設(shè)計小型數(shù)字系統(tǒng)，加深了學生對計算機系統(tǒng)設(shè)計的認識，為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。

計算機數(shù)字邏輯課程設(shè)計教學思考的論文

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯；課程設(shè)計；實踐教學

　　一、概述

　　“數(shù)字邏輯”課程是計算機類專業(yè)開設(shè)的一門應(yīng)用數(shù)字電路進行小型數(shù)字系統(tǒng)邏輯設(shè)計的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其目的是使學生掌握組合電路和時序電路的工作原理、分析方法和設(shè)計方法，培養(yǎng)學生的計算機系統(tǒng)的思維能力[1]。當前，大部分高校的數(shù)字邏輯課程的實踐教學只是在課堂教學之外引入了實驗課程，并且使用的是“實驗箱和邏輯門電路”的傳統(tǒng)實驗方法，學生并不能夠理解實驗的內(nèi)容和現(xiàn)實意義[2]。另外，數(shù)字邏輯課程屬于一門實踐性、應(yīng)用性很強的課程，不僅要重視基礎(chǔ)理論教學，還應(yīng)該加強工程實踐能力的培養(yǎng)和訓練。當前，計算機類專業(yè)“數(shù)字邏輯”課程在實踐教學中存在的問題如下[3，4]：

　�。�1）課程概念較多且比較抽象，在實際教學中以理論教學為主，忽視了依托實際項目進行講授的實踐教學方法。

　�。�2）實驗教學只是簡單的機械式重復，按照課本要求設(shè)計全加器、選擇器、譯碼器等簡單電路，學生不知器件的實際用途，也不會利用所學的知識組合設(shè)計應(yīng)用性電路系統(tǒng)。

　�。�3）傳統(tǒng)教學一般未考慮數(shù)字邏輯與其他課程的相關(guān)性，而計算機系統(tǒng)往往包含軟件和硬件設(shè)計，學生無法掌握完整的系統(tǒng)設(shè)計方法。

　　因此，現(xiàn)有的計算機類專業(yè)“數(shù)字邏輯”課程，多重視系統(tǒng)理論完整性，忽略了整體優(yōu)化，尤其是實踐教育環(huán)節(jié)有待優(yōu)化�！皵�(shù)字邏輯”課程建設(shè)大綱中，除要安排理論教學外，還需有大量的實踐環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到后續(xù)的計算機專業(yè)核心課程，如《計算機組成原理》的學習，因此，需要改革課程的實踐教學體系，為計算機專業(yè)學生計算機系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。本文對計算機專業(yè)的“數(shù)字邏輯課程設(shè)計”教學體系建設(shè)方案進行探索，構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計方案，制定教學計劃和教學模式，并設(shè)計考核方式。

　　二、數(shù)字邏輯課程設(shè)計實踐教學環(huán)節(jié)設(shè)計

　　數(shù)字邏輯實驗課教學中，一般是讓學生進行驗證性實驗，學生不需要進行分析和討論即可完成�！皵�(shù)字邏輯課程設(shè)計”計劃設(shè)計為探索性實驗教學環(huán)節(jié)，要求所設(shè)計的小型數(shù)字系統(tǒng)具有實用、新穎、有趣等特點，能夠激發(fā)起學生的研究興趣和熱情。課程設(shè)計與課程實驗相比有本質(zhì)的區(qū)別，其目的不是為了獲得某一結(jié)果或證實某一結(jié)論，而是通過對實際項目的理解和分析，學習科學研究問題的方法，并彌補實驗教學環(huán)節(jié)的不足之處。其意義在于，通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)給予了學生自由研究和創(chuàng)新的機會，通過對一個小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，訓練學生的數(shù)字電路設(shè)計、調(diào)試和創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學生運用所學的理論知識、獨立地解決實際問題的能力，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的工程設(shè)計打好基礎(chǔ)。

　�。ㄒ唬⿲嶒灜h(huán)境搭建

　　隨著計算機處理能力的提升，EDA（電路的計算機輔助設(shè)計與分析）技術(shù)已成為電路系統(tǒng)分析和設(shè)計的有力工具，借助EDA軟件進行數(shù)字邏輯課程設(shè)計，突出了以學生為中心的開放模式，激發(fā)學生大膽想象并嘗試各種不同的設(shè)計方案、采用不同的集成元器件，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識有所幫助。Multisim軟件是在EWB的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的專業(yè)仿真軟件，可以對數(shù)字電路進行模擬仿真分析，已經(jīng)成為數(shù)字邏輯電路仿真實驗的理想工具[5]。因此，數(shù)字邏輯課程設(shè)計計劃基于Multisim軟件平臺搭建實驗仿真環(huán)境。

　　（二）課程設(shè)計內(nèi)容

　　計劃設(shè)計3-4個實用的小型數(shù)字系統(tǒng)項目作為課程設(shè)計題目，在五周共計20學時的集中教學時間內(nèi)，學生3-5人一組，選擇一個項目進行設(shè)計，課程結(jié)束時，分組展示課程設(shè)計成果，并書寫課程設(shè)計報告。在課程實驗教學環(huán)節(jié)，學生已經(jīng)掌握了組合邏輯電路、時序邏輯電路以及中大規(guī)模電路設(shè)計的方法。因此，在課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)，計劃引入綜合性的小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。而系統(tǒng)選題的設(shè)計是非常重要，要求綜合考慮各方面問題。首先，課題的難度要合適，既要保障大部分學生通過上學期的學習以后，能夠設(shè)計出給定的數(shù)字系統(tǒng)；同時，要求學生需要花費一定的精力進行思考和分析才能完成。其次，課題的內(nèi)容要與實際相結(jié)合。與學生生活相關(guān)的數(shù)字系統(tǒng)，能夠吸引學生的興趣，并激發(fā)學生研究的熱情。部分課程設(shè)計題目如下：

　　設(shè)計1：設(shè)計并制作一個帶有校時功能、可定時起鬧的數(shù)字電子鐘。（1）計時以24小時為一個周期；（2）“時”、“分”采用十進制數(shù)字顯示；（3）“秒”信號采用小數(shù)點顯示，具體為驅(qū)動發(fā)光二極管；（4）要求具有校準時間功能，可調(diào)整為標準時間或指定時間；（5）要求具有鬧鈴功能，可以設(shè)定鬧鈴時間，并按時發(fā)出聲音，且發(fā)出的聲音長短可調(diào)；

　　設(shè)計2：設(shè)計一個運算器系統(tǒng)。（1）要求能夠進行8位數(shù)字的加、減、乘、除四則運算；（2）要求能夠顯示操作數(shù)以及運算結(jié)果；（3）要求源操作數(shù)和目的操作數(shù)能夠在四個不同的寄存器間任意選擇；（4）要求能夠提供“溢出”報警信號。

　　設(shè)計3：設(shè)計一個汽車尾燈控制電路。（1）汽車左右各具有三個尾燈，共計六個。設(shè)計兩個控制開關(guān)，具有四種組合，分別代表汽車的前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停車四個狀態(tài)；（2）系統(tǒng)運行如下：汽車正常前進時，六個燈全亮；汽車右轉(zhuǎn)時，右邊的三個燈自左向右順序循環(huán)點亮；汽車左轉(zhuǎn)時，左邊的三個尾燈自右向左順序循環(huán)點亮；汽車停車時六個燈全部隨CP時鐘閃爍；（3）添加譯碼器和七段顯示數(shù)碼管，用于顯示汽車前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停車，對應(yīng)七段數(shù)碼管的顯示分別為：D、L、R、P；（4）最后，添加蜂鳴器，用于在轉(zhuǎn)向時，發(fā)出示警聲音。

　　（三）教學實施方式

　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計計劃安排在本科二年級下半年的前五周，每周半天4節(jié)課，共計20個課時。學生可以在給定的課程設(shè)計系統(tǒng)中選擇一個系統(tǒng)進行設(shè)計。計劃分組進行，每組2-3人，設(shè)組長一名，負責任務(wù)的分解和聯(lián)絡(luò)，采用集體合作，單獨計算成績的考評方式。學生的課程設(shè)計實施步驟如下：（1）制定出設(shè)計方案；（2）選定合適的器件，畫出邏輯圖；（3）畫出集成電路芯片布局布線圖；（4）利用仿真軟件，進行調(diào)試；（5）寫出設(shè)計報告并提出改進意見。具體實施方式為：第一次課程結(jié)束后，課程組長組織組員選定題目，討論課程設(shè)計的具體分工和實施計劃，并遞交計劃文檔。中間的三周為具體實施階段，指導老師每次課程中需要檢查各小組的實施進展，了解遇到的問題，并討論解決方案；最后一周學生需要書寫課程設(shè)計報告，并設(shè)計課程PPT，展示所設(shè)計的成果，向全班學生講解其系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢。

　　（四）課程考核方法

　　課程的考核成績?yōu)槿齻€部分，其中：課程設(shè)計報告占50%，課程匯報占20%，平時表現(xiàn)占30%。上述三項一項不合格則整體成績不合格，設(shè)計報告雷同者成績不合格。課程設(shè)計報告內(nèi)容包括：（1）問題描述與分析（設(shè)計任務(wù)）；（2）背景知識；（3）設(shè)計思路和內(nèi)容；（4）對關(guān)鍵電路進行分析；（5）測試以及結(jié)果分析；（6）總結(jié)。所選設(shè)計難度不同，完善程度不同等均影響到最終成績判定。設(shè)計內(nèi)容上只提出基本設(shè)計要求，只達到基本要求者，僅能獲得基本分，學生需要發(fā)揮想象力，擴充電路功能才能評優(yōu)。課程匯報的評價方式為：現(xiàn)場學生對每組的匯報進行打分，教師根據(jù)學生的評價計算加權(quán)分值。平時表現(xiàn)通過考勤以及對本次課程設(shè)計的貢獻大小進行考核，用于區(qū)分組內(nèi)成員之間的分值，具體由指導老師進行評價。

　　三、結(jié)束語

　　本文分析了當前計算機類本科專業(yè)數(shù)字邏輯課程實踐教學中的不足，并引入了數(shù)字邏輯課程設(shè)計實踐教學環(huán)節(jié)。講解了實驗環(huán)境的搭建方法，設(shè)計了具體的課程設(shè)計案例，分析了教學實施方式，并給出了課程的考核方法。通過引入小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，完善了數(shù)字邏輯課程的實踐教學體系，提高了學生對數(shù)字邏輯課程的興趣，培養(yǎng)了學生的團隊合作意識，提升了學生實踐創(chuàng)新能力以及工程項目思維和素養(yǎng)。

　　參考文獻

　　[1]盛建倫，劉淑霞，王勇，等.數(shù)字邏輯實驗技術(shù)改革的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32（4）：216-219.

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　　[3]肖娟，張雯.轉(zhuǎn)型發(fā)展中數(shù)字邏輯課程教學改革研究[J].現(xiàn)代計算機，2015（9）：17-19.

　　[4]唐志強.計算機專業(yè)數(shù)字邏輯實驗的改革與創(chuàng)新[J].實驗室研究與探索，2013，32（10）：182-184.

　　[5]徐銀霞.Multisim12.0仿真軟件輔助數(shù)字邏輯課程教學的研究[J].教育教學論壇，2015（7）：233-234.

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