任务驱动法在数字电路实验中的应用

2023-01-04

1 对“任务驱动”教学法的认识

“任务驱动”法指的是在教学活动中,以任务为载体,学生在教师的组织、引导下,通过自主的任务探究,达到对所学知识点的掌握和操作技能的培养。“任务驱动”是学生通过完成教师布置的任务,将自己所学的知识与技能能够真正内化。其中任务蕴含了学生应该掌握的知识与技能,也蕴含了学生需要的能力训练要求。而且学习者完成任务的过程应该是一个不断提出问题、解决问题的过程。学生的学习过程必须与任务的主题相结合。“任务驱动”法体现了“任务为主线,教师为主导、学生为主体”的特征。

数字电路是电类和计算机专业学生必修的一门专业基础课,是一门集知识和技能于一体、实践性很强的课程,要求学生学好理论知识的同时还应具备相应的实际操作技能。因此,在学习过程中必须以实验为基础,数字实验主要包括组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分。由于大多数学生从小学到初中和高中的学习主要是侧重于理论学习,因而对工程性和实践性强课程的学习会感到比较困难。

在我教授数字电路实验的教学过程中,分别用不同的教学方法在我所带的几个班级中进行教学,通过比较发现,“任务驱动”教学法对三维目标(知识与技能;过程与方法;情感、态度和价值观)的实现和实现的程度都比较理想,这正符合“任务驱动”教学法培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力的主旨。同时,也深刻认识到“任务驱动”实验教学法与数字电路学科内容模块实现的紧密关系,让学生按照由表及里、逐层深入,由感性认识上升为理性认识、实践与理论相结合的学习途径,能激发学生的学习兴趣,并逐步培养学生独立、探究、开拓、进取的精神。

2 任务驱动法的实验教学模式

任务驱动法的实验教学模式一般分为“精心设计,提出任务→激发兴趣;分析任务→启发思维;解决任务→完成任务;评价总结。”四个阶段。数字设计性实验的实施过程是:首先实验教学以围绕实现一个特定的项目而展开,课前布置实验任务的要求,学生通过复习、查阅资料完成实验设计,在随后的实验中完成对此项目的电路实现工作。这样学生始终带着目的在学习和训练,有利于知识技能的消化和掌握。

2.1 实验任务的提出

“实验任务”是任务驱动法中的核心,“提出任务”是实验课的关键。为此,教师应在课前根据学生的学习和实验水平、实验目标,精心设计好任务,将课程所规定的知识分成许多模块,巧妙地隐含在一个有趣味的实验任务之中,使实验能在一种与课程教学内容一致的情景中进行,以激发学生探求知识,发现问题的积极性。

2.2 分析实验任务

每一个实验任务中都包含着新、旧知识,学生接受实验任务后首先想如何去完成任务,在完成任务的过程中将会遇到哪些不能解决的问题。而这些问题中,有很多是以前没学过、做过的,即隐含了新的知识点,此时老师再适当启发和引导,将新知识传授给他们,这就调动了学生的好奇心和求知欲,启发了思维。

2.3 学生自主探究或协作完成实验任务

学生可以自主探究或分组协作解决问题,共同完成实验任务。教师只是一个帮助者和指导者,多给学生以鼓励,及时地为学生提供帮助。还要主动去观察学生,发现学生中出现的问题,特别是共性问题,教师要给予指导。

2.4 评价总结

评价是对学生实验情况反馈的一种有效途径,也是最能体现学习者掌握知识,运用知识解决问题能力的一种方法。在实验教学中,学生完成一项任务后,一定要及时交流并评点,及时对学生的实验情况作出反馈和评价。这是知识形成和提高的重要阶段,同时也能极大地促进培养学生的成就感。

在学生完成实验任务的不同阶段,教师要及时掌握学生的实验活动情况,而且为学生下一步实验指明改进、优化的策略。通过展示学生的操作过程,评价其操作步骤的合理性与正确性,对学生已经完成的作品进行评价。在整个评价过程中可以采用学生自评、学生互评、教师讲评等方式进行。

反馈总结是实验课的最后一个环节,作为教师,这是收集反馈信息,反思教学的过程,进而可以研究总结实验教学的成功与失败;作为学生,在交流的基础上,反思实验学习的过程,可归纳总结学到的知识和掌握的技能,有利于改进与提高。

3 任务驱动法应用举例

在组合逻辑电路设计实验中实施任务驱动法的实例:

任务驱动教学法在组合逻辑电路设计实验的教学过程中,可设计为如下几项任务。

总任务:设计用与非门组成的半加器电路,要求:用中、小规模的集成电路来设计,根据所给的标准器件画出逻辑图,用实验方法验证。教师主导学生进行任务细分,学生进行自主实验和完成任务,教师适时给出指导和评价。

3.1 第一阶段:画出半加器的逻辑电路图任务1:列出真值表

学生完成任务1,要求学生能根据题意建立输入变量An、Bn和输出变量Sn、Cn,并列出半加器的真值表。

学生讨论问题:半加器与全加器的区别?

任务2:求出最简化的逻辑表达式

学生完成任务2,要求学生能用逻辑代数求出简化的逻辑表达式,并按实际选用的与非门类型来修改半加器的逻辑表达式。即

任务3:画出半加器的逻辑电路图

学生完成任务3,要求学生能根据简化后的逻辑表达式,画出用与非门构成半加器的逻辑电路图,见图1。

教师进行适时的点播,指导,由学生自我检查,进入第二阶段。

3.2 第二阶段:用实验方法验证电路设计的正确性

任务1:选择正确的实验集成块

学生完成任务1:学生在实验装置上选择正确的实验集成块(如用2块的74LS00),复习所用IC的逻辑功能及各引脚排列情况,用最简单方法验证与非门是否完好。

学生讨论问题:如果没有74LS00,还可用什么集成块代替?

任务2:正确的实验连线

学生完成任务2:学生按图接好实验电路的输入和输出端及电源部分。

学生讨论问题:T T L与非门悬空输入端有几种接法?

任务3:用实验方法验证所设计的逻辑电路

学生完成任务3:学生逐次依真值表改变输入变量,测量相应的输出量。验证电路的逻辑功能,与要求设计的逻辑电路是否符合要求。

学生讨论问题:如果改用C M O S集成块,要注意那些问题?

3.3 第三阶段:归纳汇总

学生讨论问题:组合逻辑电路中各门电路之间的连接能否形成闭环式的反馈结构?

组织学生展开讨论,老师进行实验的综合评价,对所学的知识技能进行归纳总结。如组合逻辑电路设计的一般步骤,组合逻辑电路的特点等。

在实践过程中,根据“解决问题”的需要而凝聚、汇集知识技能等因素。解决问题之后,这个过程又以“经验包”的形式留在学生的头脑中。而这个“经验包”里,至少有这样五个方面的“经验”:(1)已被使用、被验证过的“知识”;(2)经过实践的应用,更加熟悉掌握的“技能”;(3)在解决问题过程中获得的新“知识”、“方法”、“技巧”;(4)伴随整个过程所产生的“情感”;(5)与问题相伴的“情境”的记忆。学生头脑中经过以上这些环节进行重组后的知识,将有一个“质”的飞跃。

4 在数字电路实验中运用“任务驱动法”应注意的几个问题

4.1 注意“任务”选择的针对性和适用性。

在数字电路实验中,“任务”的质量直接影响实验教学效果,因此,“任务”设计非常关键。“任务”的设计要有明确的目标和,应紧紧围绕教材,仔细推敲每个知识点、统筹兼顾,要符合学生的学习、实验特点,“任务”难度要有层次性,要注意分散重点、难点。任务不宜过多,要有实用性,可操作性。为学生设计、构造出一系列典型的操作性“任务”,让学生在完成“任务”的过程中掌握知识、技能与方法。

对于某些设计性、操作性较强的实验,如《组合逻辑电路的设计》、《计数器》、《译码器的应用》、《移位寄存器》等,采用任务驱动法,可以达到事半功倍的教学效果。但对于验证性较强的实验,如《T T L集成逻辑门的参数测试》、《单稳态触发器与施密特触发器》等,则不宜采用。

4.2 注意不仅是任务的完成,更重要的是看是否驱动了知识的学习。

在运用“任务驱动法”的实验教学过程中,“任务驱动”就是通过“任务内驱”走向“动机驱动”的过程。不能只停留在完成“任务”的层面上。新知识的学习主要靠“任务”来引入,但落脚点不是对“任务”的完成。在整个实验教学过程中要充分体现教师的引导和学生的探究,靠学生自主探究完成实验“任务”,并在完成任务的过程中通过讨论、总结来获取新知识。将实验任务的完成变为一种在一定理论和一定机能指导下的自觉行为。

4.3 注意适时归纳汇总

在实验任务的评价阶段,我们要针对每个学生采用不同的评价方式,即使每个学生都有一定的“成就感”,这样有利于激发学生的实验学习热情,保持浓厚的学习兴趣,对学生后续的实验学习,将产生强大动力。每次实验完成后,教师要引导学生对所学的知识技能进行归纳总结,并建立起与已学的旧知识间的联系,以加深学生对实验综合知识的记忆、理解,完成真正意义上的知识建构。

总之,任务驱动教学方法在数字电路实验教学过程中发挥着越来越重要的作用,师生通过任务产生互动,一方面学生在任务驱动下,自主学习,遇到问题寻求帮助。另一方面,老师也可以通过任务检测学生实验、学习情况,以进行必要的引导和总结。实施任务驱动法进行实验教学时,步骤要合理,目的要明确,还要注意与其他的教学方法有机结合。这样才能激发学生兴趣,提高学生操作技能,培养学生创新意识和发展学生个性,以适应社会发展的需要。

可见,在数字实验教学中引入任务型教学法,实验教学由难变易、由死板变得灵活,从而将学生对数字实验的好奇心变为对数字电路的学习兴趣,进而将其培养成学习电子知识的良好习惯。

通过任务驱动式教学方法完成数字实验典型任务,从而达到实验教学目标,我深深地体会到这种方法把理解分析、巩固运用、综合技能融为一体,比较容易被学生接受,在不知不觉中培养了学生的实践能力和创造精神,使学生的综合素质得以提高。

摘要：文章介绍了任务驱动法在数字电路实验教学中的应用。并以组合逻辑电路的设计实验为实例,介绍了运用任务驱动法实施数字电路实验教学的过程。笔者认为在数字电路设计性实验的教学中,根据实验内容的需要,合理运用任务驱动法进行实验教学,有利于营造宽松的实验环境,激发学生的实验兴趣;有利于改变学生获得知识的方法,让学生在实验探索中学习,使学生由被动接受知识转变为主动获取知识,既学好理论知识,又掌握实际操作技能,进而培养了善于钻研和勇于创新的精神。

关键词：任务驱动,数字电路实验,教学法