數(shù)字邏輯教與學 教學大綱（課程思政）

數(shù)字邏輯教與學教學大綱（課程思政）

01課程簡介“數(shù)字邏輯”是計算機專業(yè)的工程基礎類課程。該課程主要講授數(shù)字系統(tǒng)概論、邏輯代數(shù)、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路等知識，使學生獲得數(shù)字邏輯方面的基本知識、基本理論和基本技能，提高學生分析設計復雜數(shù)字電路的能力，為深入學習計算機組成原理、操作系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡技術(shù)等課程打下基礎。本課程以數(shù)字邏輯原理和數(shù)字邏輯實現(xiàn)技術(shù)為主線，在理論講授中增加思政教學，從哲學的角度幫助學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新能力；通過教學使學生掌握經(jīng)典的手工設計，數(shù)字邏輯實現(xiàn)技術(shù)部分（實驗）引入了FPGA技術(shù)，通過深入挖掘?qū)I(yè)知識蘊含的德育元素，切實提高新工科人才的培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)其工匠精神，實現(xiàn)教學內(nèi)容功能化。02課程教學目標課程思政目標：從數(shù)字電路的發(fā)展歷程出發(fā)，明確數(shù)字電路的發(fā)展背景和時代特點，培養(yǎng)學生對前沿技術(shù)的獲取能力和對新技術(shù)的學習能力、設計方案的能力。培養(yǎng)學生具有科學精神、規(guī)矩意識和追求卓越的工匠精神。（支撐畢業(yè)要求6.2）課程目標1（知識教學目標）：能根據(jù)數(shù)字邏輯的基本理論和基本知識，識別邏輯門電路、中小規(guī)模集成電路的邏輯功能，根據(jù)邏輯電路的設計要求，識別計算機系統(tǒng)中的數(shù)字電路模塊的組成，分析數(shù)字邏輯電路功能的合理性，并結(jié)合功能要求對設計方案的可行性進行比較和綜合。（支撐畢業(yè)要求指標點：1.3)課程目標2（能力教學目標）：能夠運用數(shù)字邏輯的基本理論和分析方法，建立復雜工程問題的模型，設計不同方案，實現(xiàn)特定數(shù)字邏輯電路的功能。（支撐畢業(yè)要求指標點：2.2)課程目標3（素質(zhì)教育目標）:

對復雜工程分析和設計問題，能使用EDA軟件進行特定電路系統(tǒng)設計和實驗驗證，綜合得到合理有效的設計方案，并能夠在特定數(shù)字邏輯電路設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。（支撐畢業(yè)要求指標點：3.1)課程教學目標對專業(yè)畢業(yè)要求的支撐03課程教學內(nèi)容本課程以數(shù)字邏輯電路的分析和設計方法作為教學主線貫穿整個教學課程，培養(yǎng)學生掌握對數(shù)字電路硬件進行分析、設計和開發(fā)的基本技能。授課重點講解基本理論、基本原理、數(shù)字電路的分析與設計方法及中規(guī)模集成電路器件的應用，每次授課后都將布置適量的課后作業(yè)。同時，針對課后作業(yè)出現(xiàn)的問題，及時講解與分析，理清概念、糾正錯誤，配合講解綜合性例題，加深對課程基本概念的分析理解，實現(xiàn)方法的正確掌握，從而對數(shù)字邏輯電路的設計從整體上有一個較清晰的、完整的認識與實踐過程。1.理論部分第1章緒論（課程目標1）課程目標：使學習者明確本課程的研究對象、內(nèi)容、地位和作用，以及數(shù)字邏輯的相關(guān)概念。能復述數(shù)字系統(tǒng)的基本概念,包括數(shù)字信號、數(shù)字電路、數(shù)字系統(tǒng)等基本概念，邏輯電路的分類及研究方法。能列舉4種常用計數(shù)制（2、8、10、16）的特點和轉(zhuǎn)換方法；能描述帶符號二進制數(shù)原碼、反碼和補碼的表示形式以及4種常用BCD碼的特點；能分析格雷碼和奇偶檢驗碼的編碼特點、作用和工作原理。思政元素：通過二進制數(shù)0和1的學習，引導同學們做任何事情都要把握好方向，方向?qū)α?，一切努力都有結(jié)果，方向不對，一切努力都是枉然。課程內(nèi)容包括：1.1數(shù)字時代1.2數(shù)字系統(tǒng)1.3數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1.4數(shù)字系統(tǒng)常用編碼教學方法：課堂講授、提問、解答、學習通網(wǎng)上自主學習第2章邏輯代數(shù)基礎（課程目標1，2）課程目標：使學習者奠定數(shù)字邏輯設計的基本理論知識。能復述邏輯代數(shù)中有關(guān)邏輯變量，邏輯運算、邏輯函數(shù)、最小項等基本概念。能運用邏輯代數(shù)的5條公理證明邏輯代數(shù)8個定理和3個規(guī)則。能使用邏輯函數(shù)的代數(shù)方法和卡諾圖方法描述定義邏輯函數(shù)表達式標準形式。思政元素：通過邏輯代數(shù)的多種化簡方法讓學生認識到條條大路通羅馬，做成一件事的方法不只一種，通往成功的道路也不止一條，引導學生遇事多思考、多想辦法解決問題，不斷提高創(chuàng)新能力。課程內(nèi)容包括：2.1邏輯代數(shù)的基本概念2.2邏輯函數(shù)2.3邏輯函數(shù)的標準形式2.4邏輯代數(shù)的重要定理2.5邏輯函數(shù)化簡教學方法：課堂講授、提問、解答、學習通在線自主學習第3章組合邏輯電路（課程目標1，2，3）課程目標：熟悉數(shù)字邏輯設計中使用的基本邏輯門電路，常用邏輯門的邏輯符號、邏輯功能及使用方法；能靈活運用各種邏輯門實現(xiàn)邏輯函數(shù)的功能。了解組合邏輯電路的定義、結(jié)構(gòu)和特點。會分析中小規(guī)模組合邏輯電路的功能；能熟練運用真值表，卡諾圖對各種設計問題進行邏輯描述和簡化，并挑選合適的邏輯門電路完成滿足設計要求的電路設計。思政元素：在組合電路中每個門電路都可以實現(xiàn)一個功能，只有所有功能加在一起，才能構(gòu)成一套完整的邏輯，引導學生正確看待個體與整體的辯證關(guān)系，充分發(fā)揮個人在創(chuàng)新團隊中的作用，在提高團隊凝聚力和綜合性創(chuàng)新能力的同時實現(xiàn)個人的創(chuàng)造力和核心力。課程內(nèi)容包括：3.1邏輯門電路3.2組合邏輯電路分析3.3組合邏輯電路的設計3.4設計方法的靈活運用3.5計算機機中常用的組合邏輯電路教學方法：課堂講授、提問、解答、學習通在線自主學習第4章時序邏輯電路分析（課程目標1,2,3）課程目標：熟悉使用四種常用觸發(fā)器（SR、JK、D和T）的邏輯符號、功能表，狀態(tài)圖、特性方程，能根據(jù)給定時鐘CP和輸入信號正確畫出Q、NQ波形，并分析簡單的觸發(fā)器電路的功能；理解觸發(fā)器中直接置位端和直接復位端的作用；能復述時序邏輯電路的定義、類型、結(jié)構(gòu)特點和描述方法；運用同步時序邏輯電路的分析方法分析計數(shù)器電路。思政元素：重點掌握JK觸發(fā)器通過不同輸入端接線可以構(gòu)成SR觸發(fā)器和T觸發(fā)器，引導學生不要拒絕每一個微小的變化，任何一個微小的變化在某種特定的情況下，都可能形成雪崩效應，改變整個局勢，每一個小的努力都有意義，“勿以善小而不為”。課程內(nèi)容包括：4.1時序邏輯電路模型4.2觸發(fā)器4.3同步時序邏輯分析4.4計算機中常用的時序邏輯電路教學方法：課堂講授、提問、解答、學習通在線自主學習第5章時序邏輯電路設計（課程目標2,3）課程目標：掌握時序電路的功能分析方法（畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、列真值表、畫時序圖，說明邏輯功能），能用JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器設計常用同步時序邏輯電路。理解計數(shù)器的電路組成和工作原理；理解常用集成二進制或十進制計數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，能采用集成計數(shù)器實現(xiàn)：模小于16的N進制計數(shù)器，模大于16的N進制計數(shù)器設計。思政元素：通過同步時鐘時序邏輯電路的分析和設計，引導學生要了解事物的發(fā)展規(guī)律，并利用規(guī)律進行改造和創(chuàng)新，一定會事半功倍，提高工作效率，從而提升自主創(chuàng)新能力。內(nèi)容包括：5.1同步時序邏輯設計的基本方法5.2建立原始狀態(tài)圖5.3狀態(tài)化簡5.4確定激勵函數(shù)及輸出方程5.4時序邏輯設計舉例教學方法：課堂講授、提問、解答、學習通在線自主學習第6章數(shù)字邏輯電路EDA設計（課程目標3）課程目標：能夠運用能夠利用EDA工具對滿足特點需求的邏輯電路進行設計、仿真或模擬，能理解仿真或模擬結(jié)果的局限性，設計簡單的數(shù)字邏輯電路，基于FPGA的層次化設計方法對組合邏輯電路和時序邏輯進行仿真調(diào)試?；谠韴D和硬件描述語言完成一般復雜數(shù)字邏輯電路分析；能總結(jié)實驗過程中存在的問題及解決的方法。思政元素：從數(shù)字電路的發(fā)展歷程出發(fā)，明確數(shù)字電路的發(fā)展背景和時代特點，培養(yǎng)學生對前沿技術(shù)的獲取能力和對新技術(shù)的學習能力、設計方案的能力。培養(yǎng)學生具有科學精神、規(guī)矩意識和追求卓越的工匠精神。6.1硬件描述語言HDL6.2EDA層次化設計方法與設計流程6.3QuartuslI設計入門教學方法：任務驅(qū)動教學法、實驗演示、學生實際動手操作，學習通在線自主學習。2.實驗部分（課程目標3）本實驗是以數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)設計為主線,引入EDA技術(shù),利用Intel公司的QuartusII開發(fā)工具及可編程邏輯器件,配合《數(shù)字邏輯》課程完成相應的數(shù)字邏輯的基本實踐內(nèi)容，本大綱共安排4個實驗，全部為設計性實驗。教學要求如下：1.相關(guān)教師按實驗內(nèi)容編寫好實驗任務書、實驗指導書和實驗報告書等。2.實驗前，學生必須進行預習，熟悉試驗內(nèi)容、方法，同時由指導教師介紹實驗的基本原理，要求講清儀器設備原理、結(jié)構(gòu)與使用方法和實驗目的等。3.實驗以1人為一個實驗小組，每個實驗方案的選擇、實驗設備的操作、實驗數(shù)據(jù)的分析與處理等由學生獨立操作完成。4.學生在實驗過程中，必須認真、客觀地記錄完所有測試數(shù)據(jù)，符合要求后，由指導教師簽字后方可離開實驗室，實驗完成后，按要求撰寫實驗報告。實驗1—QuartusII開發(fā)系統(tǒng)的使用入門（課程目標3）課程目標：熟悉使用QuartusII的基本操作方法及DE2-115開放板，加深對邏輯門功能的理解；基于原理圖和硬件描述語言完成1位全加器的設計與實現(xiàn)。教學方法：任務驅(qū)動教學法、講解實驗原理及步驟、學生動手操作，撰寫實驗報告。實驗內(nèi)容：根據(jù)教材第8章內(nèi)容完成QuartusII的安裝準備工作、根據(jù)二進加法的原理，給出1位全加器的設計過程，根據(jù)QuartusII基于圖形輸入方法的基本設計流程，完成原理圖輸入、編譯、波形仿真，并將此全加器設置成一個硬件符號入庫，并在DE2-115開放板上完成驗證工作，并回答實驗指導書思考題完成實驗拓展工作。實驗2—基于原理圖輸入設計4位加法器（課程目標3）課程目標：進一步熟悉QuartusⅡ的基本操作方法及DE2-115開發(fā)板，并利用原理圖輸入設計方法設計簡單組合電路，掌握層次化設計的方法，通過4位全加器的設計熟悉利用EDA工具進行數(shù)字邏輯系統(tǒng)設計的流程。教學方法：任務驅(qū)動教學法、講解實驗原理及步驟、學生動手操作，撰寫實驗報告。實驗內(nèi)容：采用QuartusⅡ基于圖形的設計方法，在實驗1的基礎上，按層次化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)4位全加器的設計。完成原理圖輸入、編譯、進行波形仿真驗證。（仿真時要對所有輸入、輸出端進行），最后在DE2-115實驗板上完成FPGA編程下載，用硬件驗證自己的設計項目，并回答思考題完成實驗拓展工作。實驗3—譯碼器的FPGA設計（課程目標3）課程目標：熟悉利用QuartusII的原理圖輸入方法設計組合電路，掌握EDA設計的方法，利用EDA的方法設計并實現(xiàn)譯碼器的邏輯功能，了解譯碼器的在組合邏輯電路設計中的應用。教學方法：任務驅(qū)動教學法、講解實驗原理及步驟、學生動手操作，撰寫實驗報告。實驗內(nèi)容：用74138設計一個4-16線譯碼器，包括原理圖輸入、編譯、綜合、適配、波形仿真，并將此電路設置成一個硬件符號入庫。最后請利用所設計4-16線譯碼器和一個16選1多路選擇器161MUX設計一個4位二進制數(shù)等值比較器，包括原理圖輸入、編譯、綜合、適配、仿真。實驗4--4位二進制加法計數(shù)器的設計（課程目標4）課程目標：熟悉各種常用計數(shù)器芯片的邏輯功能和使用方法，利用QuartusII軟件設計并實現(xiàn)一個計數(shù)器的邏輯功能，通過電路的仿真和硬件驗證，進一步了解計數(shù)器的特性和功能。教學方法：任務驅(qū)動教學法、講解實驗原理及步驟、學生動手操作，撰寫實驗報告。實驗內(nèi)容：（1）在QuartursⅡ設計環(huán)境下，用J-K觸發(fā)器設計一個4位二進制同步加法計數(shù)器，并進行仿真。（2）改用標準參數(shù)化模塊(LPM)功能庫lpm_counter模塊實現(xiàn)同一功能。04學時分配

學時分配表授課教師可以根據(jù)學生掌握情況，對學時分配做適當調(diào)整。05教學方法和學習建議1、教學方法建議數(shù)字邏輯課程組開發(fā)了網(wǎng)絡教學資源，為教師開展線上線下、課內(nèi)課外混合式教學提供了基礎，為學生自主學習提供了保障，將課堂討論、翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真等教學方法有機的結(jié)合，在教學設計中應充分體現(xiàn)以學生為中心的理念，突出學生的主體地位和教師的引導作用，促進師生之間、生生之間的交流、互動、合作，全面培養(yǎng)學生的解決問題和分析問題的能力，提高學生的綜合素質(zhì)。具體教學方法建議如下：傳統(tǒng)教學與多媒體教學結(jié)合法：板書和多媒體教學相結(jié)合，由于涉及的常用集成芯片的結(jié)構(gòu)復雜難理解，采用動畫、實物演示等,提高課堂教學信息量，增強教學的直觀性。案例教學法：通過分析和研究已有的案例組織教學，使學生在分析和學習案例的過程中，提高理論聯(lián)系實際能力，了解理論知識的工程應用。任務驅(qū)動教學法：在每一部分教學內(nèi)容開始之前，先講述這一部分中學生通過學習要解決的問題，并根據(jù)要解決的問題給學生布置任務，使學生帶著任務去學習。討論教學法：學生以小組為單位，根據(jù)教師提出的問題或提供的教學資料，在教師的組織和引導下，積極參與課堂討論，從而實現(xiàn)教與學的互動。增強學生思維的靈活性，提高學生交流、溝通的能力。翻轉(zhuǎn)課堂教學法：建立課前學習、課中活動、課后檢測之間的聯(lián)系，課前學生通過瀏覽網(wǎng)絡教學平臺上教學課件、視頻等資源進行自主學習，課中進入課堂交流環(huán)節(jié)，可以由學生登臺講課、生生交流、小組討論，強調(diào)師生之間的互動、學生之間的討論與協(xié)作，課后完成作業(yè)、檢測等。以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，和敢于表達自己的主張，形成探究學習的習慣。問題導向教學法：引導學生學著問，學會問，用問題驅(qū)動教學,激發(fā)學生的學習熱情、調(diào)動思維活力、加強討論交流、引導探究活動，增加自主學習，促進學以致用和創(chuàng)新活動。虛擬仿真教學法：在課堂教學和實驗中充分而靈活地應用仿真軟件，軟硬結(jié)合，確立實際操作與計算機仿真相結(jié)合的教學模式和實踐方式，以幫助學生較快地理解和掌握那些用傳統(tǒng)的教學手段難以表現(xiàn)的內(nèi)容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。網(wǎng)上教學：提供豐富的教學資源，在網(wǎng)絡平臺--學習通上發(fā)布自主學習任務單和學習指導，督促學生進行自主學習，教師在線答疑，及時解答學生的問題。2、學生學習建議(1)重點學習常用集成邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其應用。(2)要借助EDA軟件進行電路的設計和仿真驗證，主要圍繞著重點邏輯電路加法器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、基本觸發(fā)器、計數(shù)器等進行。(3)要重視較復雜應用問題的邏輯電路序列檢測器、任意進制計數(shù)器設計，通過方案討論、仿真驗證，理解設計的方法。將知識由抽象變形象、由難懂變易懂，提高自己綜合運用知識的能力。(4)注意課前自主學習，注意網(wǎng)絡平臺發(fā)布的自主學習任務單和學習指導及課后單元測試，通過預習、觀看微視頻、學習交流、問題討論、復習、資料下載等進行自主學習。(5)認真對待課中聽課和研課。聽課專心，盡快進入學習狀態(tài)，要“耳、眼、口、手、腦”動起來，耳到：認真聽，聽老師講解、提問，聽同學發(fā)言。眼到：看課本、看板書、看PPT。口到：復述、回答問題、提問。手到：做筆記、圈重點、做練習。腦到：動腦筋、積極思維、大膽質(zhì)疑。研課要積極參與課堂內(nèi)的全部學習活動，比如小組討論，能清楚地闡述自己的觀點，能被他人正確理解，同時學會傾聽，準確理解他人的觀點，為別人解答，為自己釋疑。要大膽質(zhì)疑，敢于在眾人面前發(fā)表自己的見解，善于多角度驗證答案。(6)加強課后的復習，加強新舊知識之間的聯(lián)系和對比，及時復習鞏固，按時完成在線測試、在線實驗、作業(yè)等。(7)積極參與小組協(xié)作探究學習，根據(jù)探究項目，小組成員既要積極承擔個人責任，又要相互幫助、相互啟發(fā)、密切配合，發(fā)揮團隊精神，有效完成小組的探究項目。06考核成績與評定方法1、考核環(huán)節(jié)組成注：根據(jù)課程實際情況對過程考核成績的占比進行適當調(diào)整；對混合教學的過程和期末考核的占比進行適當調(diào)整。2、課程目標、考核內(nèi)容與評價依據(jù)對應關(guān)系3、評分標準(1)課后