建设一流本科

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【建设一流本科】数字逻辑设计与应用:“1+3教学法”,按下学子工程能力提升“加速键”
文:罗莎 学生记者团 于泽超 图:本人提供 来源:新闻中心 时间:2022-11-20 4697

  “怎样控制汽车的转向灯?如何为电梯设计一个控制器?交通灯信号的转换控制又该如何实现?……”课堂上,老师向同学们抛出了一个个问题,大家分组展开头脑风暴,热烈的学术探讨氛围浓厚。

  这一幕,在光电学院骨干教师唐普英副教授的“数字逻辑设计与应用”课堂上并不鲜见。从现实生活中提取问题,并与课程知识结合,拟成探究问题,激发学生自主探索的兴趣,这是他在课程教学改革中的一个方面。

  十余年来躬耕教学的实践,让唐普英摸索出了以培养学生工程意识和工程能力为核心,沿着“意识培养-能力塑造-实践检验”的脉络,创新地实践了“1+3教学法”,从理论教学到实践设计贯通培养,为学生工程能力的提升按下了“加速键”。

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光电学院骨干教师唐普英副教

理论先行:把握节奏,行稳致远

  “1+3教学法”中的“1”是指通过“数字逻辑设计及应用”理论课堂的探究式教学模式培养学生的发散式思维能力,树立学生的工程意识,同时通过研讨课教学培养学生的听、说、读、写“新四会”能力。

  之所以把树立工程意识、培养发散式思维放在首位,这之中既有“数字逻辑设计及应用”这门课本身特点的原因,也包含了唐普英对于培养学生听说读写基本能力和发散思维的重视。

  “数字逻辑设计及应用”是信息技术类专业共有的一门学科基础课程,以大学物理、电路分析基础和模拟电路基础等课程为基础,同时又是后续的微机原理、电子设计自动化等课程的基础,在课程教学体系结构中起着承前启后的作用。

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光电学院“数字逻辑设计与应用”课堂

  因此,为了帮助学生较好的适应与工程强相关的后续专业课程,他在理论授课时采用了探究式教学模式,在课堂上,同学们对老师设计的问题进行分组讨论,在对题目层层递进的深入思考、互相探讨中,逐步养成将理论知识迁移到实际应用中的发散式思维模式。

  深知一开始走稳今后才能走得快的道理,唐普英在前期授课时,特意放缓课堂节奏,力求把每一个知识点讲透,让全班同学都能够充分理解并掌握。

  理论知识是学习的基础,基础不牢固,就像建房子没有打好地基,只有有了扎实的理论基础,才会有更高层次的能力提升。

  在这种理念下,得益于他对于课程节奏的合理把握和内容划分的得当精准,在课程教学后期,他的班级进度总是能够后来居上,遥遥领先。

  除了具有承上启下的特点外,上这门课多年积累下来的经验表明,课程教学的难点在于如何培养学生的工程意识,因此在日常教学中,唐普英格外注重引导学生养成“工程师的思维习惯”。

  在教学中,他会反复提醒学生在进行设计任务时,要始终把成本意识、效率意识和风险意识铭记在心。设计时,他要求同学们既要利用课程所学知识对设计结果的逻辑表达式进行化简,以降低后期的实现成本,又要尽量缩短信号的传播延时,以便提高系统的工作速度,还要在设计结束前再次检查电路,降低电路出现故障的风险。

  唐普英潜移默化地在学生心中播下了工程意识的种子,在一堂堂次理论知识课的教学中,工程意识在学生心里生根发芽,逐步长成得枝繁叶茂。

实验跟进:纸上得浅,实践躬行

  在理论教学稳步推进的同时,唐普英也没有忽视培养学子的动手实践能力。

  他将针对学生能力部分的训练放到 “1+3”教学法的“3”模块中,逐步完成对学生工程能力的培养、塑造与强化。

  经过分析,他认为目前实验教学中存在的主要问题在于缺乏系统性,与工业界倡导的“软件定义硬件”和“全可编程”的理念不符合,因此将造成学生在毕业后很难适应“数字设计”工作需要的困扰。

  发现问题就要“对症下药”。为了使学生毕业后能满足业界对相关专业人员的要求,针对“数字逻辑设计及应用”理论课程,他在同一个学期中,又为同学们开设了“数字设计FPGA应用”实验课——这也是“1+3”中“3”的第一部分。

  实验课的教学安排在第三周,如此同学们既不会因为没有前期知识的奠基而一头雾水,举步维艰;也不会因为知识学过时间太长而产生遗忘。

  在教学中,唐普英始终秉持着理论先行、实践并重的原则,让所授的理论课中的知识能够在接下来的实验课中得到验证,同学们在实验课中遇到的问题也能够得到理论上的解释。

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全自动洗衣机控制器的课程设计演示                 便携式健康测试仪的项目演示

  实验课采用课程组自研的FPGA开发板,首先介绍VerilogHDL硬件描述语言、Xilinx FPGA原理与开发板的结构,以及FPGA开发平台vivado的使用方法;

  等学生熟练掌握基本原理后,他要求学生将8个实验的具体内容在vivado开发平台中进行仿真验证,最后再下载到FPGA开发板上运行通过。

   “我觉得这样的课程安排能让我对知识的巩固效果更好!” “与程序设计语言的教学相比,我认为唐老师的这种现场答疑能极大程度上减轻我们学习一门新语言的难度。” ……事实胜于雄辩,同学们课后的纷纷点赞证明他的教学改革思路完全符合当初设定的教学目的。

  程序语言并不难,难在入门。为了帮助同学们尽快入门,唐普英常常牺牲自己的休息时间,以帮助每一个学生成才的初心,一个错误一个错误地纠正、一个问题一个问题地解决,最终帮助同学们推开了程序语言的大门,引导学生从陌生懵懂到熟练掌握vivado的开发和应用。

课程设计:探索合作,工程能力大提升

  自主设计不仅考察了学生对理论知识的掌握程度,更对学生利用掌握的知识解决实际问题的能力提出了较高的要求,在唐普英看来,全程参与并完成设计是锻炼学生工程能力最直接有效的方法。

  处于这种考虑,他将锻炼学生工程能力的模块放在了“1+3”教学法“3”中第二、三个部分。第二部分面向全体同学,由于经过实验课程后同学已们具备了基本的工程能力,所以再经过课成设计的“考验”便可将培养的工程能力进一步拔高。针对少部分学有余力的同学,唐普英设计了第三部分——大创项目。他鼓励同学们自主组队申请学校的大学生创新创业训练计划项目,再借助开发板设计具有一定功能的数字系统。

  课程进行到中期时,唐普英会向全体学生公布本学期课程设计的题目,但课程设计的范围并不局限于此。他鼓励学生主动从生活中探索、发现问题,也就是说,如果学生有特别感兴趣的内容,在经过老师的审核认可后,也可以作为自主设计题目。

  考虑到实际工程项目的进行需要较强的团队配合分工,课程设计以小组合作形式完成,在让学生体会实际工程项目的同时,也培养了学生的组织领导、团队协作、表达等多项能力。

  他要求学生利用Xilinx FPGA开发板,以及verilog HDL语言完成课程设计,并且整个设计过程不仅需要有vivado的仿真,还需要下载到开发板上运行通过,最后需要现场演示、报告和答辩。

  由于课程设计难度较大,这就要求学生在课后主动利用各种手段,包括MOOC、网络教学资源、图书馆查阅资料、在线答疑(利用QQ学习群)等多种手段来解决课程设计中出现的问题。

  “可以说,战胜了课程设计的挑战,学生的工程能力就会有质的飞跃。” 唐普英说。

坚守初心:春风化雨,授业立人

  唐普英在电子科技大学完成了从本科到博士学位的学习,并一直留校任教至今。

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唐普英在课后辅导学生

  作为一个“土生土长“的成电人,怀着对于母校和教育事业的热爱,他把大部分时间都投入到了对于学生的培养中,鞠躬尽瘁,甘之如饴。

  2017级代静同学回忆:“在第一次课后去向唐老师请教问题时,我看到讲台上的点名册上有注音,走近才发现,原来是老师担心念错‘洵’ ‘嵊’等生僻字而特意标注的。老师对学生的用心与治学的严谨可见一斑。”

  “唐普英老师上课思路清晰、逻辑严密,为了取得最好的教学效果,每节课前,他都会准备好厚厚的一摞教案,不仅如此,在大多数情况下,唐老师在课堂上时常给学生板书,以此来强调教学中的重点内容。”上过这门课的2017级李国炯同学说。

  厚厚的教案、精美的板书背后,是唐普英对教学的一腔热忱;而潜心科研,为国分忧是他对青年学子的寄托与厚望。他将热忱与厚望灌注到课程教学中,随风入夜,润物无声。

  “建设一流本科要求我们老师始终有守正创新的精神,传授知识和技能给学生并非最终目的,希望我们的同学们将所学用于实际,推动产业的发展,助力国家早日实现中国梦。” 唐普英说。



编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布:陈伟