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【2009国家级精品课程系列之十一】《数字逻辑电路与实验》:用心

发布时间:2019-06-16 07:42 来源:未知 编辑:admin

  【编者按】随着2009年国家级精品课程榜单的出炉,又有11门精品课程脱颖而出。为了展现北大丰硕的教学成果,彰显名师风采和课程魅力,北大教务部与北大新闻网联合推出了《2009精品课程风采录》系列报道。让我们跟随名师的足迹,去感受充溢着学术思潮的杏坛芬芳,聆听贤者求真为人的谆谆教诲,一睹他们“传道、受业、解惑”的师道风采……

  “修身治国齐家平天下”是他们笃行不舍的毕生追求,著书立说、兼收并蓄是他们经年不懈的治学途径,温厚恭谨、虚怀下士是他们高洁无瑕的道德节操。正是他们,在三尺讲堂上绘出了一幅“谈笑有鸿儒”的画卷,让万千学子徜徉其中,留恋忘返之际,已受益匪浅。

  他们或风姿倜傥,漫步学海,带领我们触摸历史,进入五四,一览历史的风云突变;或严谨治学,大胆求证,身体力行,细心实验,将数字逻辑电路的精彩和奥妙缓缓道出;或精通医道,勤于育人,把白衣使者和育人园丁的职责融于一身,药理、神经、流行病学,无不“术业有专攻”……这些精彩的课程和学术著作给了我们一个接近学者,对话大师的绝好机会:每一个课堂都是一汪知识的海洋,每一句殷殷教诲都是一只高举的风帆,扶持着我们抵达“乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海”的开阔境界,上能摘获知识峰顶的桂冠,下可撷取海底潜藏的明珠。

  然而,他们传授给我们的,不仅仅是处世的才学,立身的技能,还有知识分子的独立人格和深邃思想。“道无形,却经风雨传千载,积如山重; 师淡泊,皆是尘灰披两肩,备受人尊。”淡泊明志,道义传承,这是每一个致力于求学的师者所特有的人格魅力和精神诉求。他们的言传身教在一点一滴中浸入我们的心田,勉励我们甘于寂寞,不慕浮华,在学术和人生的道路上扎实前行。

  “清茶伴孤灯”的辛勤抹不去师者桃李芬芳的光芒,双鬓斑白的老迈依旧记录着他们谈笑自若指点学林的风彩。在这一组系列报道里,你将看到北大这个知识宝库中最美丽的璞玉。璞玉的珍贵在于它的浑然天成和纯美质朴,这些名师学者正是未经伪饰的玉石,他们用真学识,真性情,真言行博得了一代代学子的崇敬和爱戴,他们的渊博知识和人格魅力也将随着睿智的语言和勤恳的身影,长久地,留存在我们心中……

  “五彩缤纷的数字世界全是由‘0、1’及‘与、或、非’组成的。”当谈到数字逻辑电路的唯美之处时,段晓辉老师这样回答。

  《数字逻辑电路与实验》课程于上个世纪70年代创建,40年来,课程紧跟科技发展的步伐,不断改进教学模式,完善教学内容。2009年,教学效果突出、特色鲜明的《数字逻辑电路与实验》课程被教育部评为2009年度国家级精品课程。

  这门课有何独特之处?在课程改革的过程中信息科学技术学院的教授和老师们为此付出了怎样的心血和努力?在理科2号楼的小会议室里,该课程的主讲教授刘新元、罗武、毛新宇、段晓辉、督导组谢柏青教授等与记者聊起了这门课的故事。

  《数字逻辑电路与实验》课程是普通高等学校理工科学生的一门重要电路基础课程,被列为北京大学电子类专业的主干基础课程,主要教授组合逻辑电路分析与设计、时序电路分析与设计、数模转换电路、可编程逻辑电路等系列内容,旨在使学生掌握数字逻辑电路分析和设计的基本原理和基本方法,分析和设计数字逻辑系统。

  “在课程设置上,我们率先采取实验课单独设置的方式。”刘新元老师说,《数字逻辑电路与实验》是由“数字逻辑电路”(理论课)与“数字逻辑电路实验”(实验课)两门密切相关又互相独立的课程组成。在最初设置课程时,没有采取国内其它大学的通行做法将实验放入理论课教学中去,而是率先单独设置实验课程,与理论课配套建设。“这样不仅强化了同学们的实际动手能力,也加深了同学们对理论的理解。”

  “数字逻辑电路是一门应用性很强的课程”,罗武老师说。随着科技的进步,数字化产品例如电脑、手机、数字电视、数码相机、MP3等几乎随处可见,0和1充斥着我们生活的方方面面,“我们的最终目标是让学生掌握基本原理和方法,自主进行创新设计。数字逻辑电路这门课真正的落脚点在于电路设计。”

  在重视实验教学的同时,《数字逻辑电路与实验》课程的教师们也非常注重数字电路的理论教学和知识更新。“数字技术尽管发展日新月异,但其基本概念和理论体系相对成熟和稳定,它们是实验课的理论基础。”罗武老师评价道,“就如我们常对学生说的,数字设计就好比盖楼,虽然盖楼的部件可能是拼装预制板,但你仍要明白预制板里是钢筋、水泥和砖块,要明白最根基的构造。”

  在数字逻辑电路的设计研究过程中,通常实验结果并不能完全达到设计者的初衷,这时就必须回归理论,对实验结果进行论证和解读。刘新元老师进一步解释道:“同学做实验,可能会遇到很多问题,必须有扎实的理论基础才能知道如何去解决问题,杜绝错误,也就是要知其然,亦知其所以然。”

  “总体来说,理论课与实验课应该结合起来建设,教学内容要相互呼应、互为衔接、互为关联,融合成有机的整体。”刘新元老师说,“理论是实验的基础和依托,而学到的理论要在实验设计中验证和应用。对实验中出现的问题及研究性内容,要求学生最终回溯到理论上。”

  信息科学技术学院电子系95级的一名同学在写给刘新元老师的信中这样谈到:“整个数字逻辑电路实验的课程真正做到了将所学的数字电路分析和设计的理论应用到实践当中,这门课让我们学会了如何去设计一个合理的数字电路以及如何理性的去排除电路中的故障,这对于一个电子专业的学生来说,将受益终生。”在《数字逻辑电路与实验》课程的学习中,他初步尝试了将理论与实践相结合,而这正是刘新元老师团队的教学目的。

  北大《数字逻辑电路与实验》课程所用的教材和每个实验及其配套的电路板都是由老师们自己设计和精心制作的,从王楚教授和已故的沈伯弘教授开始,现在的成果凝聚了电子系一代又一代教师的心血。年长的谢柏青教授回忆道,“从1976年至今,才积淀出电子系和微电子系一整套的实验教学内容与装置。”

  这门课的教材是由《数字逻辑电路与实验》课程的主要负责教授和老师自己编著的,其中的实验项目也是自己设计和研制。为了适应北大学生的特点,教师们将大量科研成果引入教学,使教学的针对性和难度有所提升。“为了达到课程所需要的理想效果,我们摒弃了一般市场上批量生产的面包板,而采取根据实验方案自行设计电路板的方式。”刘新元老师解释道,“每一个实验以及与其相配套的电路板都是反复研究、精心设计的结果”。

  回想起当初制作电路板的情景,刘新元、谢柏青等教师依然记忆犹新,“我记得差不多有将近二年多的时间,十三斋(原电子系实验教学楼)实验室的灯不分节假日地亮着,很多老师和学生都加班加点制作电路板,没有正常的周六日和寒暑假,每天下班后都要反复琢磨、推敲”。谢柏青老师回忆起了十多年前的往事,当时的情景依然历历在目。

  当时,实验条件比较艰苦,设计电路板非常不易。“粗粗估计下来,一块电路板从设计到完成的时间起码要花费三个月到半年,多则一年。除此之外,每块板上所做实验内容还需投入教学试用,不断修改,以达到最佳教学效果。”刘新元老师说。从九十年代至今,经过几代教师十几年的建设, 最终形成了目前的三个层次14个实验的课程体系及其配套的教材和近12种1100多套电路板。

  从设计、实验、调试、再实验,再调试,其中所付出的心血和努力难以估量。当记者问为什么要选择自己制作电路板这种辛苦的方式时,刘新元老师说,实验教学内容是自主设计的,大量内容来自于科研实践,有很多研究型实验内容蕴涵在教学中,但市场上却没有针对这种教学内容的合用的实验板。另外,实验板的设计涉及到如何正确地把图纸转换为实际电路这一重要问题,我们从电磁学的基本原理出发,把电路板的设计整理成为一套先进的布线理论,并贯彻到教学中,这样做能够更好的达到实验训练效果,最大限度综合锻炼学生们所学到的理论知识。虽然设计和制作过程很辛苦,但苦中有乐,苦中有美。“让每一位学生真正能够学以致用是我们最大的心愿。”

  如何设计教学,选用什么样的方法授课,最终目的都在于吸引学生的注意力,培养同学自主学习的兴趣。“兴趣很重要,我们希望学生能够感受到数字电路的唯美。”刘新元老师说。

  数字逻辑电路与实验的教师们很注重和学生的互动,在课堂上采取多种方式教学,尽可能调动学生学习的积极性,培养学生的创新意识。

  毛新宇老师说:“在课程中我经常启发学生自己提问,然后由学生来解答。教师重点负责引导对问题进行更深入的分析和思考,特别是针对一些容易被忽视又很基础、重要的问题。”

  罗武老师负责教授近二百人的理论课,为了让学生更牢固地掌握基本方法,理解基础理论,开扩设计思路,他通常将同学的典型设计作品列在黑板上,这里面既有典型错误案例,又有生动的成功设计案例,然后让同学在错误案例中找错,讨论错误原因,加以点评和纠正,或者让同学针对成功设计案例讨论得失,引导分析解读,加以点评和扩展。

  对于实验设计课,更强调互动和创新。“数字电路实验始终强调能力,并且采用循序渐进的方式,大大激发了我主动创新的意识,”这是一位电子系学生写给刘新元老师信上的一句话。“我每节课都在学生身边,学生随时有问题,随时引导学生解决问题,实际整节课都在和学生互动。”刘新元老师说。

  “学生们通常认为数字逻辑电路很抽象,但这是表面上的。当你深入下去,你会愈加发现数字世界中的内在规律和逻辑,也就能体会它内在的美。”刘新元老师说。对于一些数字电路问题,例如逻辑门的负阻现象,在理论教学时并没有专门涉及,然而在实际器件的使用中确会遇到,“对于这些实验现象,如何认识并进行解释?我们需要引导学生思考,引导实际和理论相联系,激发学生的学习兴趣。” 刘新元老师补充道。

  “我们所取得的种种成就离不开团队中每一位老师的努力。” 刘新元老师说。目前,《数字逻辑电路与实验》课程已建设成了由活跃在科研一线的中青年骨干教师组成的相对稳定的教师团队。该队伍采取多种措施提高教师的学术水平和教学水平,如鼓励主讲教师主持或参与本学科领域科研工作,将生动或先进的科研成果转化到教学环节当中;每周例行的课程组教学研讨会;老教授督导听课,并及时点评、反馈和交流;定期参加学院组织的教学研讨活动,派遣教师出国进修与交流等等,形成了《数字逻辑电路与实验》课程的可持续发展的教师队伍。

  在探索高等学校人才培养的道路上,《数字逻辑电路与实验》教学团队的脚步将永不停止。他们将不断把这门课程的唯美之处传递给他们的学生,传递给一代又一代的北大人。

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