引入PBL模式的電工學(xué)課程綜合設(shè)計

熊 蘭，余傳祥，孫 韜，彭光金，侯世英

（重慶大學(xué) 國家電工電子教學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，重慶 400044）

0 引言

1969年，美國的神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在加拿大Mc Marster大學(xué)創(chuàng)立了基于問題的學(xué)習(xí)（Problem －Based Learning，PBL）的教學(xué)模式［1－3］，即在臨床前期課或臨床課中，以問題為基礎(chǔ)、學(xué)生為主體、教師為導(dǎo)向的小組討論式教學(xué)方法。該模式的特點(diǎn)是打破學(xué)科界限，圍繞問題編制綜合課程，以塑造學(xué)生的獨(dú)立自主性，培養(yǎng)創(chuàng)新力和獲取新知識、有效運(yùn)用知識、解決新問題的能力為教學(xué)目標(biāo)。隨著我國教育改革的推進(jìn)，近年來眾多高等院校的教育工作者在課程教學(xué)中應(yīng)用或借鑒PBL教學(xué)模式，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)［4－5］。

PBL模式具有傳統(tǒng)教學(xué)模式（基于授課或者講座的學(xué)習(xí)LBL：Lecture－Based Learing）無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這已成為不爭的事實(shí)。但是，它也存在一些不足之處，例如：導(dǎo)致教學(xué)成本、師生時間和精力消耗的顯著增加，同時，缺乏PBL配套教材與課程體系等教學(xué)條件，以及科學(xué)的評價體系，都限制了該模式在全國范圍內(nèi)全面鋪開推廣，也不能完全取代傳統(tǒng)的LBL教學(xué)模式。

1 結(jié)合PBL模式的課程綜合設(shè)計

電工學(xué)課程是一門面向非電工科學(xué)生開設(shè)的工程實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生的電學(xué)知識和技能在很大程度上要通過分析和解決實(shí)際問題來得到掌握和提高。但是，該課程通常以理論教學(xué)和（課夾或者獨(dú)立）實(shí)驗(yàn)為主，鮮見在后期開設(shè)課程設(shè)計的院校。這樣，就暴露了傳統(tǒng)的LBL教學(xué)模式在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中應(yīng)用存在的許多弊端，尤其是知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的脫節(jié)，學(xué)習(xí)者缺乏動手實(shí)踐的主動性，不能熟練選用元器件搭接各種功能電路，難以有效地使用測試儀器進(jìn)行相關(guān)的測試與分析。

考慮到國內(nèi)學(xué)生自學(xué)及自律能力較差的普遍性，并結(jié)合電工學(xué)課程的特點(diǎn)，作者在課堂教學(xué)中仍然以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，向?qū)W生介紹基本概念、基本定律和電工電子元器件的結(jié)構(gòu)與工作原理，講解例題，使學(xué)生掌握電路的分析方法和設(shè)計技巧。在授課課時接近總學(xué)時的2／3時，通常學(xué)生已基本完成了電路與電子技術(shù)兩部分主體內(nèi)容的學(xué)習(xí)，此時作者增設(shè)了電路與電子技術(shù)綜合設(shè)計內(nèi)容，作為實(shí)施PBL教學(xué)模式的突破口，教學(xué)目標(biāo)是將理論知識與綜合實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的積極主動性以及查新閱讀、總結(jié)歸納和分工協(xié)作等能力。

作者以2007級化工專業(yè)1－2班和2008級材控專業(yè)1－2班為對象，開展了電路與電子技術(shù)綜合設(shè)計的教學(xué)改革，課程設(shè)計的具體安排和要求如下：

1）以自由組合方式形成設(shè)計小組，每組人員不多于5名。選定組長，組長主持任務(wù)分工與協(xié)調(diào)；通常教學(xué)班為60人左右，分為12－15個小組。

2）教師提供8－10個設(shè)計題目和任務(wù)要求，各小組選擇題目。原則上最多3個小組可選擇同一個題目，以避免設(shè)計方案雷同；

3）各小組在3周內(nèi)完成設(shè)計方案的確定、電路仿真、數(shù)據(jù)分析和PPT報告的定稿；教師提供每周一次3小時的答疑時間。

4）在第4周的課堂時間，安排各小組在15分鐘內(nèi)完成PPT宣講和回答其余同學(xué)的問題。同時，教師書面提出修改建議，對于設(shè)計方案合理的小組，可安排在開放性實(shí)驗(yàn)室完成電路的搭接、調(diào)試與測試。

5）各小組在第5周完成方案的修訂和完善，并撰寫設(shè)計報告，其中應(yīng)明確各組員的任務(wù)分配和實(shí)際完成的工作。教師完成對各小組設(shè)計工作的綜合測評，以一定比例計入總成績。

2 兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢對比

從課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，作者深刻地體會到LBL和PBL兩種模式的學(xué)習(xí)優(yōu)勢與不足：

1）LBL教學(xué)模式以縱向知識體系展開教學(xué)，對每一門課程均有較大的深度和廣度，學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)相對全面系統(tǒng)。比較而言，在基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)階段，LBL模式更易發(fā)揮其高效、全面的優(yōu)勢。

正是基于LBL教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了知識結(jié)構(gòu)體系的形成，學(xué)生才能在此基礎(chǔ)上根據(jù)需要和興趣不斷豐富和補(bǔ)充知識。例如：在課堂學(xué)習(xí)了集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器以及一階RC電路的暫態(tài)響應(yīng)之后，雖然尚未學(xué)習(xí)555時基電路的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，但學(xué)生在設(shè)計數(shù)字鐘時，能夠自主學(xué)習(xí)，理解555電路構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生秒脈沖信號或者定時報警的結(jié)構(gòu)與工作原理。同樣地，雖然教師在課堂上僅僅介紹了74LS90器件的管腳功能和應(yīng)用電路，學(xué)生也能將知識加以拓展、發(fā)揮，根據(jù)實(shí)際需要選用了74LS290、CD4518等器件。又例如學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了由RS觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)防抖電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，所以，在任務(wù)要求中強(qiáng)調(diào)對手動校時信號進(jìn)行防抖處理時，學(xué)生很自然地聯(lián)系上前期學(xué)習(xí)的知識。然而，在查閱文獻(xiàn)時，他們又了解到眾多能實(shí)現(xiàn)防抖功能的電路，雖然并不熟悉某些器件，也尚未學(xué)習(xí)單片機(jī)知識，但是這些范例開拓了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了后期學(xué)習(xí)的興趣。

2）PBL模式以問題為中心，以學(xué)習(xí)者為主體，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)和掌握基礎(chǔ)理論知識，符合人類獲取知識的自然心理過程，能有效地激發(fā)學(xué)者的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)習(xí)的能動性，提高學(xué)習(xí)者的自學(xué)能力。筆者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過PBL訓(xùn)練的學(xué)生更容易抓住學(xué)習(xí)重點(diǎn)，并把握解決問題的主體框架和整體構(gòu)思。他們學(xué)會了如何把大問題分解為更多的小問題，并逐一解決，如何查找和篩選信息，如何分工協(xié)作、信息匯總，同時，在反復(fù)討論的過程中，他們的語言表達(dá)能力和文字組織能力也得到了鍛煉。

PBL模式的不足之處是學(xué)習(xí)者在獲取、掌握知識的過程中要耗費(fèi)較多的時間和精力，指導(dǎo)者也須付出相比LBL模式更多的時間和精力。同時，教學(xué)進(jìn)程的各環(huán)節(jié)都需要師生的積極準(zhǔn)備和主動參與，才能確保自主式學(xué)習(xí)的順利、有效進(jìn)行。如果教師能力有限或者學(xué)生的積極性不夠，可能導(dǎo)致學(xué)生不予配合或者消極應(yīng)付。事實(shí)上，教師對于PBL模式的靈活應(yīng)用其著非常重要的引導(dǎo)作用，要求教師對每個教學(xué)環(huán)節(jié)都有著充分的知識準(zhǔn)備，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程和認(rèn)知心理，能夠適時給予學(xué)生技術(shù)支持，并且善于煥發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

例如一組選擇電子鎖為設(shè)計題目的學(xué)生，在答疑時毫無事先準(zhǔn)備，反復(fù)詢問教師如何設(shè)置密碼，怎樣完成有序地解碼？從這樣的問題可知這組學(xué)生的學(xué)習(xí)依賴性很強(qiáng)，沒有通過廣泛查詢資料來開拓自己的見識，對比不同的方案。因此，指導(dǎo)教師并沒有直接告知解決方案，而是建議學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)引擎、數(shù)字圖書館、紙質(zhì)圖書館等方式去了解一些成熟的方案，通過分析理解之后，選定滿意的方案，再根據(jù)任務(wù)要求加以改進(jìn)，或者加入自主設(shè)計的電路部分。在這組學(xué)生第二次參加答疑時，就不再詢問類似的問題，而是和教師探討擬定方案的原理合理與否，改進(jìn)電路能否完成特定的功能。由此可見，教師正確的引導(dǎo)，才能充分發(fā)揮PBL模式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，調(diào)動學(xué)生的能動性，進(jìn)行信息檢索和資料對比，尋找問題的解決方案。

在教師布置任務(wù)之后，通常由5－6名學(xué)生自愿為一個小組，通過任務(wù)分工、查找資料、獨(dú)立思考和方案匯總，每個小組形成總設(shè)計方案，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊工作的協(xié)調(diào)性和團(tuán)結(jié)合作性。當(dāng)各組成員在課堂上宣講設(shè)計方案時，其余小組成員或質(zhì)疑或補(bǔ)充，激勵學(xué)生參與表達(dá)與辯論。教師評價要肯定學(xué)生的主動參與意識和創(chuàng)新精神，但對于學(xué)生提出的不全面甚至錯誤的設(shè)計要進(jìn)行分析、指導(dǎo)，最終得以修正或者完善。如果學(xué)生人數(shù)較多，可以安排研究生助教參與指導(dǎo)，保證每個方案得以討論，激勵學(xué)生的積極性和自信心。最后，通過比較各種設(shè)計方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，評定優(yōu)秀的設(shè)計方案。

以點(diǎn)鈔機(jī)設(shè)計為例，雖然學(xué)生尚未學(xué)習(xí)單片機(jī)原理課程，但通過分模塊設(shè)計整流穩(wěn)壓電路、施密特整形電路、計數(shù)電路、寄存器、譯碼顯示電路、報警電路和電動機(jī)驅(qū)動電路（仿真時采用燈泡代替電動機(jī)），仍然完成了點(diǎn)鈔機(jī)的基本的點(diǎn)鈔功能，并實(shí)現(xiàn)了在點(diǎn)鈔數(shù)額達(dá)到999時能使電動機(jī)和計數(shù)器自動停止工作，且發(fā)出報警信號，以及數(shù)字清零等規(guī)定的功能。同時，他們觀察并研究了實(shí)際點(diǎn)鈔機(jī)的運(yùn)行狀況，自主增加了在對計數(shù)器清零時將初始數(shù)據(jù)移存至從顯示器的功能，體現(xiàn)了一定的創(chuàng)新思想與能力?！拔覀冇龅搅巳缦吕щy，即：怎么將計數(shù)器上的初始數(shù)據(jù)通過寄存器轉(zhuǎn)到另一個數(shù)碼顯示器上，且使主計數(shù)器實(shí)現(xiàn)清零功能。兩個命令若同步進(jìn)行，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)還沒傳到寄存器上時計數(shù)器已清零。經(jīng)過多次小組討論與資料查詢，我們決定引入一個基于555電路的延時電路，使寄存器先寄存并顯示計數(shù)器的初始數(shù)據(jù)，再完成計數(shù)器的清零”。可見，綜合設(shè)計營造了一個很好的發(fā)揮PBL模式的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生們積極主動地去學(xué)習(xí)理論，去提問、思考、論證，最終獲取答案。

這里沿用一小組成員在設(shè)計報告中的小結(jié)文字，展示他們對PBL學(xué)習(xí)模式的深刻理解和體會?！敖鉀Q問題的過程就是一個解紐扣的過程，我們必須得耐下性子一個個依次解開，每解開一個難題我們離課題的圓滿結(jié)束就又進(jìn)了一步，這種過程是充滿困惑、欣喜和樂趣的。當(dāng)問題迎刃而解時，我們收獲的是心靈的愉悅和滿足，這種成就感讓人振奮，也鼓舞著自己也更加堅定自己以后迎難而上的決心。這次的綜合課程設(shè)計就是這么一個美妙而令人難忘的過程”。

3 結(jié)論

我校自2006年以來，每年均實(shí)施著“大學(xué)生創(chuàng)新基金”（現(xiàn)已更名為“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃”（SRTP）），旨在引導(dǎo)學(xué)生以各學(xué)科研究熱點(diǎn)或者國內(nèi)外的新技術(shù)、新材料、新工藝、新方法等為立項題目，充分利用校、院兩級實(shí)驗(yàn)中心的教學(xué)科研資源，加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本校國家電工電子教學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心也每年提供科技訓(xùn)練基金和開放性實(shí)驗(yàn)室，吸引電類專業(yè)以及非電類專業(yè)學(xué)生參與電工電子技術(shù)的科技訓(xùn)練與創(chuàng)新。

在電工學(xué)課程中以PBL模式指導(dǎo)學(xué)生的綜合設(shè)計，有助于培養(yǎng)工程技術(shù)人員必須具備的信息查詢、團(tuán)結(jié)協(xié)作、語言表達(dá)和科技寫作等能力，同時，也有助于實(shí)現(xiàn)非電類學(xué)生對本學(xué)科與電工學(xué)科的知識融合，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，為進(jìn)一步實(shí)施的多種大學(xué)生科技訓(xùn)練計劃培養(yǎng)后備人才。

［1］李星，倪秀芹，孫淑娟等.PBL教學(xué)法在腎內(nèi)科臨床見習(xí)教學(xué)中的研究與實(shí)踐［J］.中國高等醫(yī)學(xué)教育，2008，（10）：33－34

［2］Chan LC.Factors affecting the quality of problem－based learning in ahybrid medical curriculum［J］.Kaohsiung J Med Sci，2009，25（5）：254－257

［3］Beachey WD.A comparison of problem－based learning and traditional curricula in baccalaureate respiratory therapy education［J］.Respir Care，2007，52（11）：1497－1506

［4］童曉敏.在工程實(shí)踐教學(xué)中實(shí)行PBL模式的探索，南京廣播電視大學(xué)學(xué)報，2007，48（3）：21－24

［5］梅人朗.PBL：教育實(shí)踐和研究的未來挑戰(zhàn)，復(fù)旦教育論壇，2008，6（1）：81－86

［6］謝彥紅.PBL—CD模式在教育研究方法課中的應(yīng)用，中國成人教育，2009，16：123－124