Documento de investigación sobre la enseñanza de cursos de lógica digital

El curso "Lógica Digital" es un curso técnico básico para carreras de ciencias e ingeniería. Desde la perspectiva de la estructura jerárquica de las computadoras, "Lógica Digital" es el curso básico más crítico para una comprensión profunda del "núcleo" de las computadoras, y también es un curso altamente práctico [1]. Su misión es permitir a los estudiantes dominar los principios de funcionamiento y los métodos de análisis de la lógica y los sistemas digitales, analizar y diseñar los componentes lógicos principales, aprender a utilizar circuitos integrados estándar y dispositivos lógicos programables de alta densidad, dominar los métodos básicos de diseño de sistemas digitales. y prepararse para un mayor aprendizaje de varios Sentar las bases para el diseño del sistema de VLSI.

El nombre completo de pbl es aprendizaje basado en problemas, que se traduce como “aprendizaje basado en problemas” o “aprendizaje basado en problemas”. La idea básica es iniciar el proceso de enseñanza y aprendizaje a partir de problemas [2]. El método de enseñanza Pbl se basa en problemas, con los estudiantes como cuerpo principal, en forma de discusiones grupales, con la participación y orientación de los docentes, para realizar investigaciones y estudios en torno a un problema específico, y cultivar la capacidad de pensamiento independiente de los estudiantes. [3]. Hoy en día, la enseñanza pbl se ha convertido en el método de enseñanza más importante e influyente en la educación estadounidense.

1. Antecedentes de la investigación

1. Contenido del curso de lógica digital y problemas en la enseñanza

El contenido principal de los cursos de lógica digital incluye los fundamentos de la lógica digital y los circuitos digitales. Los estudiantes deben captar estas dos líneas principales a lo largo del curso durante el proceso de aprendizaje. La lógica digital se basa en el estudio de la electricidad digital.

Para la base matemática del camino, los profesores deben permitir a los estudiantes aclarar el concepto de variables lógicas en circuitos digitales, dominar las fórmulas operativas básicas y los teoremas del álgebra lógica (álgebra de Boole) y ser capaces de simplificar funciones lógicas. Los circuitos digitales son circuitos de hardware que resuelven problemas lógicos, incluidos circuitos lógicos combinacionales y circuitos lógicos secuenciales. Para cada forma de circuito, los profesores deben guiar a los estudiantes para que comiencen con el circuito unitario básico, se familiaricen con los principios y el uso de los circuitos integrados de mediana escala de uso común, dominen los métodos de análisis y diseño de circuitos digitales (circuitos combinacionales y circuitos secuenciales), y comprender el método de diseño moderno de sistemas digitales.

Con base en el contenido didáctico, concluimos que el curso de lógica digital tiene las siguientes características:

1) La lógica digital es un curso abstracto y concreto. Es abstracto en la extracción y descripción de problemas lógicos y concreto en la realización de problemas lógicos. Por tanto, el aprendizaje debe ser a la vez práctico y pragmático.

2) El conocimiento teórico y la aplicación práctica están estrechamente integrados. Cada parte del conocimiento de este curso está directamente relacionada con aplicaciones prácticas, por lo que debes conectar el conocimiento teórico con problemas prácticos durante el estudio para cultivar verdaderamente la capacidad de resolver problemas prácticos.

3) El método de diseño lógico es flexible. No existen métodos ni pasos fijos para abordar muchos problemas. Depende en gran medida del pensamiento lógico y la capacidad de razonamiento del operador, la amplitud y profundidad de sus conocimientos y su capacidad para resolver problemas prácticos. En otras palabras, el análisis y diseño de circuitos lógicos tienen una gran flexibilidad y plasticidad.

Proyectos de financiación: Laboratorio Provincial Clave de Educación Inteligente e Ingeniería de la Información de la Provincia de Heilongjiang; Proyectos de Investigación Científica del Departamento de Educación de la Provincia de Heilongjiang;

Acerca del autor: Ji Weidong, hombre, profesor, dirección de investigación sobre enseñanza de informática y computación paralela.

El autor descubrió algunos problemas durante el proceso de enseñanza real.

1) En términos de métodos de enseñanza, muchos profesores todavía utilizan el método de enseñanza "cramming" y todo el aula está centrada en el profesor. Los profesores enseñan a los estudiantes contenidos, fórmulas, teoremas y conclusiones ya preparados de los libros, de modo que los estudiantes no pueden pensar ni explorar activamente, sino que solo memorizan algunas fórmulas y teoremas mecánicamente, lo que hará que los estudiantes pierdan el interés en aprender durante mucho tiempo.

2) En la práctica experimental, algunos profesores se centran en la enseñanza de conocimientos teóricos e ignoran la práctica experimental, provocando que los estudiantes se sientan confundidos al enfrentarse a problemas específicos de aplicación y no saber cómo utilizar los conocimientos aprendidos para resolverlos. problemas. Al seleccionar planes experimentales, algunos profesores se centran principalmente en experimentos tradicionales, que carecen de escalabilidad, lo que hace que los estudiantes no puedan conectarse con proyectos de ingeniería reales y no puedan resolver bien problemas prácticos.

2. La connotación de la enseñanza

En la enseñanza tradicional, estamos acostumbrados a considerar la adquisición y aplicación del conocimiento como dos etapas independientes de la enseñanza. De hecho, la aplicación del conocimiento no es la aplicación del conocimiento. En el proceso de aplicar conocimientos para resolver problemas relacionados, los alumnos a menudo necesitan analizar los problemas específicos actuales y construir soluciones a los problemas actuales basadas en el conocimiento original.

Por tanto, el proceso de aplicar conocimientos para resolver problemas es también un proceso de construcción. En el proceso de resolución de problemas, los alumnos necesitan pensar, analizar y examinar las relaciones y leyes básicas detrás de los problemas, a fin de construir el conocimiento correspondiente.

La enseñanza basada en problemas (pbl) es un método educativo centrado en el estudiante y basado en el mundo real, que es muy diferente de los métodos tradicionales de enseñanza basados ​​en materias. pbl enfatiza el aprendizaje activo de los estudiantes en lugar de las conferencias de los profesores en la enseñanza tradicional. Pbl conecta el aprendizaje con una tarea o problema más amplio, permitiendo a los alumnos sumergirse en el problema. Diseña tareas reales, enfatiza el establecimiento del aprendizaje en situaciones problemáticas complejas y significativas y la resolución de problemas a través de la exploración y cooperación independientes de los alumnos, aprendiendo así el conocimiento científico oculto detrás de los problemas y formando habilidades de resolución de problemas y habilidades de aprendizaje independiente, lo que realmente mejora a los alumnos. 'Capacidad para analizar y resolver problemas.

El constructivismo actual presta cada vez más atención al papel de los problemas en el aprendizaje. Está centrado en problemas y basado en problemas, lo que permite a los estudiantes aprender resolviendo problemas y aprendiendo a través del pensamiento de alto nivel. ideas en la actual reforma docente.

En tercer lugar, la selección de materiales didácticos

Basado en las características de la ingeniería informática, el autor eligió "Digital Logic" (cuarta edición) editado por Ouyang Xingming y publicado por la Universidad de Huazhong de Science and Technology Press Como libro de texto básico, se utiliza como libro de texto de referencia "Digital Circuit Logic Design" editado por Ouyang Xingming y publicado por People's Posts and Telecommunications Press. El propósito de seleccionar libros de texto es combinar la teoría con la práctica, y cada libro de texto tiene su propio énfasis.

En el aula modelo de “aprendizaje basado en problemas”, el profesor es el instructor y los alumnos son el cuerpo principal de la actividad. Requiere que los estudiantes busquen activamente problemas en sus estudios y luego, con los problemas en mente, resuman y apliquen el conocimiento dentro de sus propias capacidades, y utilicen diversos conocimientos y métodos científicos existentes para analizar y resolver problemas. Sus objetivos de enseñanza se basan en cultivar la base de conocimientos flexible de los estudiantes y desarrollar habilidades de pensamiento avanzado, habilidades de aprendizaje independiente y habilidades de aprendizaje cooperativo. El aprendizaje basado en problemas se refleja en el aula. La característica más destacada es alentar a los estudiantes a participar activamente en el aprendizaje y convertirse en estudiantes activos, para esforzarse por aprender nuevos conocimientos y habilidades, integrar gradualmente lo que han aprendido y, en última instancia, lograr los objetivos. Objetivo de utilizar el conocimiento para resolver problemas.

Basado en muchos años de experiencia docente, el autor propuso el plan de enseñanza "2+2" del modelo de enseñanza pbl, que incluye cuatro vínculos de enseñanza: plantear preguntas → resolver problemas → discutir planes → resumir y evaluar .

En los cuatro enlaces anteriores, los profesores participan principalmente en plantear preguntas y resumir evaluaciones, mientras que los estudiantes participan principalmente en la resolución de problemas y la discusión de planes. La configuración de cada enlace se presenta en detalle a continuación.

1.Hacer preguntas.

El cuestionamiento es el primer paso del plan de lección y el primer paso en el que participan los docentes. En este enlace, los profesores deben diseñar diferentes preguntas según los diferentes contenidos del curso. Las buenas preguntas son la clave de todo el proceso de aprendizaje. Una buena pregunta puede movilizar completamente la capacidad de aprendizaje independiente y cooperativo de los estudiantes, permitirles participar en el proceso de aprendizaje y movilizar su entusiasmo por aprender.

Cuando el autor habla del diseño de circuitos lógicos combinacionales, el problema que plantea es diseñar un sumador completo, describirlo con el lenguaje de descripción de hardware vhdl e implementarlo en la caja de prueba. Al mismo tiempo, se diseña un programa de referencia para que los estudiantes aprendan. Cuando se habla del diseño de circuitos lógicos secuenciales, el problema es diseñar un controlador de luces traseras de automóvil, que presente requisitos para los dispositivos de puerta lógica seleccionados.

La implementación de este enlace puede mejorar el entusiasmo por el aprendizaje de los estudiantes, hacer que los estudiantes tengan necesidades de aprendizaje y cultivar la conciencia de los problemas de los estudiantes.

2. Resuelve el problema.

El vínculo de resolución de problemas es un vínculo centrado en el estudiante donde los estudiantes resuelven los problemas planteados por el profesor. En este enlace, el profesor primero agrupa a los estudiantes en grupos de 5 a 7 estudiantes según su estado de aprendizaje. Después de que los estudiantes aceptaron la tarea, su interés en aprender aumentó. Los miembros del equipo dividieron el trabajo y cooperaron, utilizando varios métodos para completar la tarea. Cada grupo * * * estudia juntos, y los estudiantes que estudian bien hacen que todos estudien juntos y se ayuden unos a otros. Los estudiantes se vuelven pasivos en activos, piensan y exploran activamente las preguntas planteadas por el maestro y aprenden en el proceso de resolución de problemas. En el proceso de resolución de problemas, los estudiantes se enfrentarán a algunas dificultades, como la selección de dispositivos lógicos, descripción del lenguaje, implementación de problemas específicos, etc.

A través de este vínculo, el profesor también sintió que la imaginación, la creatividad y la capacidad práctica de los estudiantes eran muy fuertes.

3. Discusión del plan.

En esta sección de la discusión del plan, los estudiantes discutieron sus propios planes basándose en el conocimiento que aprendieron, hablaron activamente, expusieron sus propias opiniones y explicaron sus razones. Según los discursos de los estudiantes, los profesores señalan sus puntos razonables, corrigen sus deficiencias y guían a los estudiantes para resolver problemas. Por ejemplo, en el diseño de sumadores completos, basándose en cuestiones económicas, algunos grupos utilizan varios diseños de puertas lógicas y algunos grupos solo utilizan diseños de puertas NAND. Cada grupo elabora sus propios puntos de vista y demuestra su plan de diseño.

En este vínculo, los docentes deben enfatizar la apertura de mente y el espíritu pionero e innovador.

Anima a los estudiantes a pensar desde múltiples perspectivas y a desarrollar ideas integrales. Esto no solo fortalece la conciencia de aprendizaje y la creatividad de los estudiantes, sino que también cultiva un pensamiento más integral, hace más ejercicio y mejora su capacidad para analizar y resolver problemas complejos.

4. Resumen y evaluación.

El equipo debe completar las tareas de diseño y desarrollo en el tiempo especificado. Cada grupo muestra sus resultados y otros grupos hacen preguntas, interactúan y se evalúan entre sí. El docente hace comentarios y compara las ventajas y desventajas de sus diseños, y finalmente el docente hace una evaluación resumida. En este vínculo, los profesores, como principales participantes, por un lado, deben resumir sistemáticamente el conocimiento para que los estudiantes puedan dominarlo de manera ordenada, por otro lado, deben ampliar heurísticamente el conocimiento de los estudiantes y al mismo tiempo; Al mismo tiempo, deberían volver a enfatizar algunos puntos difíciles para aumentar su comprensión del conocimiento.

3. Conclusión

Lógica digital es un curso con fuertes aspectos teóricos y prácticos. El uso del modelo de enseñanza pbl en la enseñanza no solo puede mejorar la capacidad de los estudiantes para dominar el conocimiento y cultivar sus habilidades de pensamiento creativo, sino también mejorar sus habilidades de comunicación y cooperación. La enseñanza Pbl puede lograr mejor los objetivos de los cursos de lógica digital y guiar a los estudiantes para que aprendan de forma independiente. En la enseñanza real se han logrado buenos resultados docentes.

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