试论基于PBL教学模式的数字逻辑课程教学研究

论文关键词：数字逻辑　PBL教学　教学研究  
　　论文摘 要：针对目前“数字逻辑”课程教学中存在的问题，

在分析“数字逻辑”课程的特点、教学现状和PBL教学模式内涵的教师论文发表 教学论文发表 数学论文发表 教师职称论文发表 教育教学论文发表 教育论文发表网

基础上，文章提出将PBL教学方法应用于“数字逻辑”教学过程中

的观点，并提出“2+2”教学方案。教学实践表明，将PBL教学模

式应用于数字逻辑课程中，提高了学生学习的积极性和主动性，

使他们进一步加深了对数字逻辑的原理、知识、概念的理解，为

后续课程的学习奠定了坚实的基础。  
　　  
　　“数字逻辑”课程是理工类专业的技术基础课，从计算机的

层次结构上讲，“数字逻辑”是深入了解计算机“内核”的一门

最关键的基础课程，同时也是一门实践性很强的课程[1]。其任务

是使学生掌握数字逻辑与系统的工作原理和分析方法，能对主要

的逻辑部件进行分析和设计，学会使用标准的集成电路和高密度

可编程逻辑器件，掌握数字系统的基本设计方法，为进一步学习

各种超大规模数字集成电路的系统设计打下基础。  
　　PBL全称为Problem—Based Learning，被翻译成“基于问题

学习”或“问题式学习”。其基本思路是以问题为基础来展开学

习和教学过程[2]。PBL教学法是以问题为基础，以学生为主体，

以小组讨论形式，在老师的参与和指导下，围绕某一具体问题开

展研究和学习的过程，培养学生独立思考能力[3]。如今PBL教学

已经成为美国教育中最重要和最有影响力的教学方法。  
　　1 研究背景  
　　1.1 数字逻辑课程的内容及其教学中存在的问题  
　　数字逻辑课程的主要内容包括数字逻辑基础和数字电路两个

部分，在学习过程中学生应把握好这两条贯穿整个课程的主线。

数字逻辑基础是研究数字电  
　　  
　　路的数学基础，教师在教学中应使学生明确数字电路中逻辑

变量的概念，掌握逻辑代数(布尔代数)的基本运算公式、定理，

能够熟练对逻辑函数进行化简。数字电路是解决逻辑问题的硬件

电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两种基本形式。对于每

一种电路形式，教师应指导学生从基本单元电路入手，熟悉其常

用中规模集成电路的原理及使用方法，掌握数字电路(组合和时序

电路)的分析和设计方法，并了解数字系统的现代设计方法。  
　　我们根据教学内容，总结数字逻辑课程具有以下几个特点： 

 
　　1) 数字逻辑课程是一门既抽象又具体的课程。在逻辑问题的

提取和描述方面是抽象的，而在逻辑问题的实现上是具体的。因

此，学习中既要务虚，又要务实。  
　　2) 理论知识与实际应用紧密结合。该课程各部分知识与实际

应用直接相关，学习中必须将理论知识与实际问题联系起来，真

正培养解决实际问题的能力。  
　　3) 逻辑设计方法灵活。许多问题的处理没有固定的方法和步

骤，很大程度上取决于操作者的逻辑思维推理能力、知识广度和

深度、以及解决实际问题的能力。换而言之，逻辑电路的分析与

设计具有较大的弹性和可塑性。  
　　  
　　笔者发现在实际教学过程中存在以下一些问题。  
　　1) 在教学方式上，很多教师仍然在以“满堂灌”的教学方式

为主，整堂课以教师为中心，教师将书本上现成的内容、公式、

定理、结论讲授给学生，这使学生不能主动地去思考和探索，只

能机械地记忆若干公式定理结论，长期下去会使学生失去学习兴

趣。  
　　2) 在实验实践环节上，一些教师侧重理论知识的讲授，忽视

实验实践环节，致使学生在面对具体应用问题时手忙脚乱，不知

道如何运用所学的知识去解决问题。在实验方案的选择上，一些

教师以传统实验为主，扩展性不足，使学生无法与实际工程项目

接轨，不能很好地解决实际问题。  
　　1.2 PBL教学的内涵  
　　在传统教学中，我们习惯于把知识的获得和应用看成是教学

中两个独立的阶段。实际上，知识的应用并不是知识的套用，在

应用知识解决有关问题的过程中，学习者常常需要针对当前的具

体问题进行具体分析，在原有知识的基础上建构出解决当前问题

的方案。因此，应用知识解决问题的过程同样是一个建构过程，

在解决问题的过程中，学习者需要对问题背后所隐含的基本关系

、基本规律做思考、分析、考察，从而建构起相应的知识。  
　　以问题为导向的教学方法(PBL)是基于现实世界的以学生为中

心的教育方式，与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL

强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为

主；PBL 将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题

中；它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问

题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习

隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的

能力，真正提高学习者分析问题、解决问题的能力。  
　　当今的建构主义者越来越重视问题在学习中的作用，以问题

为中心，以问题为基础，让学生通过解决问题来学习，通过高水

平的思维来学习，这是当今教学改革的重要思路。 
　　2 PBL教学模式在数字逻辑课程中的应用  
　　2.1 教材选择  
　　针对PBL教学法，根据计算机工程专业的特点，笔者选择由欧

阳星明主编、华中科技大学出版社出版的《数字逻辑》(第四版)

作为基础教材，由欧阳星明主编、人民邮电出版社出版的《数字

电路逻辑设计》作为参考教材。选择教材的目的是理论和实践相

结合，每本教材各有其侧重点。  
　　2.2 PBL教学法的教学设计  
　　在“基于问题学习”模式的课堂中，教师是指导者，学生是

活动的主体，它要求学生要会主动地去寻找学习中的问题，然后

带着问题，在自己能力所及的范围内概括和应用知识，运用各种

已有的知识和科学的方法去分析问题和解决问题。其教学目标立

足于培养学生灵活的知识基础，发展高层次思维能力、自主学习

能力以及合作学习能力。基于问题学习体现在课堂上，最突出的

特点就是促使学生积极参与到学习中去，成为积极主动的学习者

，从而去努力学习新的知识和技能，并能逐渐把所学知识整合，

最终达到用知识来解决问题的目的。作者在多年教学经验基础上

，针对PBL教学模式，提出“2+2”教学方案，包括4个教学环节：

提出问题→解决问题→方案讨论→总结评价。  
　　在上述4个环节中，教师主要参与提出问题环节和总结评价环

节，学生主要参与解决问题环节和方案讨论环节。下面具体说明

各个环节的设置。  
　　1) 提出问题。  
　　提出问题环节是教学方案中的第一个环节，也是教师参与的

第一个环节。在这个环节中教师应该根据所讲课程内容的不同设

计出不同的问题，好的问题是整个学习过程中的关键。一个好的

问题能够充分调动学生自主学习能力以及合作学习能力，使学生

参与到学习过程中，调动学生学习热情。  
　　笔者讲到组合逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个全加

器，用硬件描述语言VHDL进行描述并在试验箱上进行实现，同时

还给出一个已经设计好的参考例程，共学生参考学习；在讲到时

序逻辑电路设计时，提出的问题是设计一个汽车尾灯控制器，并

对选用的逻辑门器件进行了要求。  
　　这个环节的实施能够提高学生的学习积极性，使学生产生学

习需求，培养了学生的问题意识。  
　　2) 解决问题。  
　　解决问题环节是以学生为主体的环节，是学生对老师提出的

问题进行解决。在这个环节中，老师首先对学生进行分组，根据

学生学习情况，以5～7个人为一组。学生接受任务后学习兴趣提

高，小组成员进行分工，采取各种方法来完成任务。每个小组共

同学习，学习好的同学带动大家一起学习，互相帮助，学生变被

动为主动，主动地思考和探索老师所提出的问题，在解决问题的

过程中进行学习。在实际解决问题过程中，学生将面临一些困难

，如逻辑器件的选择上、语言的描述上、具体问题的实现上，等

等。  
　　通过这一环节，教师也感受到同学们的想象力、创造力和动

手能力等都是非常强的。  
　　3) 方案讨论。  
　　在方案讨论这个环节中，学生根据学习到的知识对自己所设

计的方案进行讨论，积极发言，提出自己的见解，说明自己的理

由。教师根据学生们的发言，指出其合理的地方，对其不足的地

方进行指正，引导学生解决问题。如在全加器的设计问题中，有

的小组采用的是多种逻辑门电路进行设计，有的小组基于经济问

题考虑，只采用与非门电路来进行设计，每个小组都详细阐明自

己的观点，对自己的设计方案进行论证。  
　　在这个环节，老师应强调放开思路，开拓创新，  
　　  
　　鼓励学生进行多途径思考，全方位构思。这样既加强了学生

们学习自觉性、开创性，又培养学生更多地进行综合思考，得到

更多的锻炼，提高分析和解决复杂问题的能力。  
　　4) 总结评价。  
　　小组必须在规定时间内完成设计开发任务。各个小组分别展

示各自成果，其他小组学生提出问题进行互动并相互评价，老师

给出点评并比较各自设计的优缺点，最后老师进行总结评价。这

个环节中，教师作为主要参与者，一方面要对知识进行系统性的

总结归纳，使学生对知识的掌握具有条理性，另一方面还要对学

生进行启发式扩展，使学生的知识面更广，同时对一些难点重点

再次进行强调，增加学生对知识的理解。  
　　3 结语  
　　数字逻辑是一门理论联系实践比较强的课程，在教学中采用

PBL教学模式，不仅可以提高学生掌握知识的能力和培养学生的创

造性思维能力，还能提高学生的交流和合作能力。PBL教学可以使

得数字逻辑课程目标更好的实现，能够引导学生自主学习，在实

际的教学中，取得了良好的教学效果。  
　　  
　　参考文献：  
　　[1] 季伟东,张军. 数字逻辑课程的探究性教学研究与实践

[J]. 计算机教育,2010(10):76-78.  
　　[2] 付森. PBL教学法在数据库原理教学中的应用[J]. 计算

机教育,2010(10):91-93.  
　　[3] 赖维玮. 网络环境下PBL教学模式研究与实践[J]. 中国

教育信息化,2009(8):72-74.