PBL教學(xué)在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中的應(yīng)用研究

【摘 要】針對工科學(xué)生創(chuàng)新能力較差的問題，在分析微機(jī)原理與接口技術(shù)課程特點(diǎn)及教學(xué)狀況的基礎(chǔ)上，提出將PBL教學(xué)模式引入微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教學(xué)中。

【關(guān)鍵詞】PBL 微機(jī)原理與接口技術(shù) 自主學(xué)習(xí) 建構(gòu)主義

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）06C-0140-03

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是通信、電子、信息工程、自動化及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程。該課程的任務(wù)是，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生從應(yīng)用的角度出發(fā)，掌握微型計算機(jī)的基本組成、工作原理、匯編語言程序設(shè)計、接口電路及硬件的連接，建立系統(tǒng)的整體概念，最終具有微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的初步能力，以及分析解決實際問題的能力和創(chuàng)新意識。由于該課程涉及計算機(jī)的基本工作原理、系統(tǒng)組成、接口技術(shù)及基本應(yīng)用等，而計算機(jī)中各部件都集中于芯片內(nèi)部，看不見、摸不著，其工作原理更難于把握，因此該門課程的教與學(xué)均具有一定難度。在傳統(tǒng)的“一支粉筆+一塊黑板+一張嘴”的教學(xué)中，教師往往是講課的主導(dǎo)者，而學(xué)生則是被動的聽講者。研究表明，這種教學(xué)模式既不符合微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教學(xué)特點(diǎn)，也不符合當(dāng)代學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，教師經(jīng)常反映學(xué)生上課不愛聽講，學(xué)生則普遍認(rèn)為知識點(diǎn)多、概念抽象、課堂枯燥等，這極大地束縛了學(xué)生的創(chuàng)新思維及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。筆者嘗試在教授微機(jī)原理與接口技術(shù)課時，將基于問題（Problem-Based-Learning，簡稱PBL）的教學(xué)理念及教學(xué)方法應(yīng)用到教學(xué)中，有效地使教師和學(xué)生的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，極大地引發(fā)學(xué)生的求知欲望，發(fā)揮其主觀能動性，讓學(xué)生真正明確學(xué)習(xí)的任務(wù)及方法，從而提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和解決問題的能力，實現(xiàn)素質(zhì)教育的目標(biāo)。

一、PBL教學(xué)概述

基于問題的學(xué)習(xí)是在建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的以學(xué)習(xí)者為中心的一種教學(xué)模式，該教學(xué)模式是1969年由美國神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows在加拿大的麥克瑪斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)院首先試行的一種新的教學(xué)模式。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)過程中的主體性，學(xué)習(xí)不再是教育者將外在于個體的客觀知識經(jīng)驗傳遞給學(xué)習(xí)者，而是學(xué)習(xí)者在先前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗基礎(chǔ)之上建構(gòu)對新信息的理解。在這一過程中，教師常常需要將知識進(jìn)行分解，并創(chuàng)設(shè)問題的環(huán)境，再一步步引導(dǎo)學(xué)生解決問題，最后進(jìn)行問題總結(jié)。該教學(xué)模式是以指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)為著力點(diǎn)，以問題為主線，組織學(xué)生課堂教學(xué)，通過教師創(chuàng)設(shè)問題情境，激勵引導(dǎo)解決問題，指導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)過程。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，基于問題的教學(xué)是以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向；以學(xué)生課前預(yù)習(xí)并課上討論代替教師單方面地講授，以課堂中學(xué)生為主體代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)中教師為主體，以“創(chuàng)設(shè)問題—引導(dǎo)解決—遷移問題—評價總結(jié)”四個階段教學(xué)代替“組織教學(xué)—復(fù)習(xí)舊課—講授新課—鞏固新課”的傳統(tǒng)模式。教師按照教學(xué)要求組織教學(xué)內(nèi)容，即將學(xué)習(xí)設(shè)置到有意義的、有啟發(fā)性的問題情景中，學(xué)生通過合作解決實際問題，并思考隱含于問題背后的科學(xué)知識，從而形成解決問題的技能及自主學(xué)習(xí)的能力，從而最大限度地訓(xùn)練學(xué)生搜集資料獲取有效信息的能力，培養(yǎng)其科學(xué)和創(chuàng)新思維，提高分析和解決問題的能力，并提高學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，以及查找和使用合適的學(xué)習(xí)資源的能力。

探討PBL教學(xué)的文章與著作頗多，有以教為主的模式、以學(xué)為主的模式、以傳授系統(tǒng)學(xué)科知識為中心的模式及以問題為中心的模式。本文結(jié)合微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的特點(diǎn)，主要探討以問題為核心的授課模式，該模式將教學(xué)內(nèi)容用支架的方式分解為一系列的子問題，并將該思路貫穿于每個教學(xué)環(huán)節(jié)，即將基于PBL教學(xué)概括為下面四個過程：創(chuàng)設(shè)問題—引導(dǎo)解決—遷移問題—評價總結(jié)。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境?；赑BL教學(xué)的核心思想是不斷地激發(fā)學(xué)生對問題的探討，其核心問題是創(chuàng)設(shè)問題情境，即老師分解知識點(diǎn)，并通過生活的問題引出新知識，采用引導(dǎo)并提問的方式，不斷地激發(fā)學(xué)生去探索、思考，從而達(dá)到認(rèn)知的目的；學(xué)習(xí)者則圍繞老師創(chuàng)設(shè)的問題不斷進(jìn)行探索、思考，最后達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，因此，創(chuàng)設(shè)問題情境是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生善于思維、學(xué)會學(xué)習(xí)能力的有益嘗試，問題設(shè)計的好壞直接關(guān)系到PBL 教學(xué)過程的成敗，它將學(xué)習(xí)者引入到真實的問題環(huán)境。好的問題環(huán)境是新穎、可行、開放的情境教學(xué)環(huán)境，能讓學(xué)生在情境中思考、探索、合作，養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，以達(dá)到師生之間的互動。問題環(huán)境要求具有真實性，即貼近學(xué)習(xí)者的生活，從而能夠在學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗世界中產(chǎn)生共鳴，一般采用多媒體環(huán)境，從學(xué)生最熟悉、最能引起共鳴的生活實例出發(fā)，引出微機(jī)原理與接口技術(shù)中的基本知識點(diǎn)，喚起學(xué)生對要學(xué)知識的興趣，并具有初步的微機(jī)世界認(rèn)識實際經(jīng)驗，然后通過多種媒體的視覺、聽覺效果刺激，步步深入主題，并進(jìn)一步延伸。

（二）引導(dǎo)解決問題。以學(xué)生為中心的教學(xué)模式并不是不強(qiáng)調(diào)教師的指導(dǎo)作用，當(dāng)學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的環(huán)境中自主學(xué)習(xí)時，教師能及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)給予必要的指導(dǎo)，則不僅可以減少錯誤，而且可以增加學(xué)習(xí)的遷移。PBL教學(xué)要求學(xué)習(xí)者自己決定解決問題的策略，但由于學(xué)習(xí)資源較多，教師在知識篩選、組織、傳遞等方面的指導(dǎo)作用特別重要。因此，在PBL教學(xué)模式中，教師將由講臺上的“主導(dǎo)者”轉(zhuǎn)變?yōu)橹R海洋中的“導(dǎo)航者”，在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中，教師需要在關(guān)鍵點(diǎn)上對學(xué)生進(jìn)行提示、啟發(fā)和引導(dǎo)，使學(xué)生較快進(jìn)入角色和狀態(tài)，并使之朝著有利于知識建構(gòu)的方向發(fā)展。啟發(fā)及引導(dǎo)的方法包括：提出合適的問題以激起學(xué)生的思考及討論；在討論中想方設(shè)法將問題進(jìn)一步引向深入，從而加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容更深層的理解；循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，自己去糾正錯誤或補(bǔ)充片面的認(rèn)識，等等。教師為學(xué)生的探索活動提供必要的信息上、工具上、方法上的支持，PBL教學(xué)效率將更高。

（三）遷移問題。實踐表明，一切有意義的學(xué)習(xí)都是在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，而不受原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)影響的有意義學(xué)習(xí)是不存在的。知識遷移是以認(rèn)知結(jié)構(gòu)為中介進(jìn)行的，一般情況下，先前學(xué)習(xí)所獲得的新經(jīng)驗，并不直接與后繼學(xué)習(xí)發(fā)生相互作用，而是通過影響原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有關(guān)特征間接地影響新學(xué)習(xí)。實踐表明，知識遷移是提高和進(jìn)一步升華學(xué)習(xí)的必要條件，因此，學(xué)習(xí)與遷移不可分割。學(xué)生的概括水平和分析能力是在知識的學(xué)習(xí)或不斷遷移的過程中形成發(fā)展起來的。學(xué)生通過分析解決我們精心設(shè)計的遷移問題，將剛學(xué)到的知識、技能以及經(jīng)驗遷移到其他更復(fù)雜、更深層次的問題當(dāng)中去是我們的教學(xué)目標(biāo)。

（四）評價總結(jié)。評價總結(jié)，是問題形成結(jié)論的最后階段，也是問題解決的高潮部分。為了進(jìn)一步升華所學(xué)到的知識，學(xué)習(xí)者要有意識地反思、評價問題解決的過程，即應(yīng)該回過頭來想想“對于這個問題當(dāng)時怎么想到這樣解決的策略或方法”，“這個問題還有幾種方法解決，每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)”，“從解決這個問題過程中，自己學(xué)到了什么”以及“這個問題與以前所遇到的問題的共同點(diǎn)與不同點(diǎn)”，這一思考的過程即是評價總結(jié)的過程，其可以幫助學(xué)生概括并理解新知識的應(yīng)用情境，從而提升在新的環(huán)境解決問題的能力。學(xué)習(xí)者在解決所有問題后，分析解決問題過程中的成功與失誤，是形成創(chuàng)造性思維的重要階段，同時，它又能給出新的問題情境。評價總結(jié)的形式包括教師評價、自我評價和同伴評價。評價的內(nèi)容包括自我學(xué)習(xí)能力、問題解決能力、變通能力、成員合作能力等。

二、PBL教學(xué)在課程中的應(yīng)用

針對微機(jī)原理的基本原理及芯片知識點(diǎn)多、知識面廣及大量枯燥難懂的硬件問題，我們對不同的知識點(diǎn)設(shè)計了不同的背景知識引出，并要求學(xué)生事前自由組合建立學(xué)習(xí)小組進(jìn)行討論，然后通過對各小組的方法進(jìn)行總結(jié)分析，得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，從而使學(xué)生加深了對相關(guān)理論的理解及芯片應(yīng)用的認(rèn)知。例如，在給學(xué)生講8255可編程并行I/O接口芯片時，一般老師先講芯片，然后做實驗進(jìn)行驗證，在整個教學(xué)過程中，學(xué)生被大量難以理解的概念、陌生的初始化字及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所弄得暈頭轉(zhuǎn)向，教學(xué)中無法激起學(xué)生興趣，學(xué)生感覺難學(xué)，老師感覺難教。我們采用PBL教學(xué)方法來討論該接口芯片，步驟如下：

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境。從與學(xué)生日常生活息息相關(guān)的交通燈控制系統(tǒng)引出CPU與外設(shè)連接的中間接口電路——8255可編程并行I/O接口。該接口作為主機(jī)與外設(shè)連接的芯片，不僅具備與主機(jī)相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口，同時有與外設(shè)相連的3個接口，即A口、B口、C口。又由于該接口可編程，因此其具有邏輯控制部分，這樣8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三部分：控制部分、與CPU連接的部分及與外設(shè)連接部分。在對該芯片簡單介紹后，要求學(xué)生設(shè)計“交通燈控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)完成南北、東西方向十字路口的紅綠燈控制，要求實現(xiàn)如下功能：初始時四個路口的紅燈全亮，之后，南、北路口的綠燈亮，東、西路口的紅燈亮，南、北路口方向通車；延時一段時間后，南、北路口的綠燈熄滅，而南、北路口的黃燈開始閃爍，閃爍若干次以后，南、北路口紅燈亮，而同時東、西路口的綠燈亮，東、西路口方向通車；延時一段時間后，東、西路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍，閃爍若干次以后，再切換到南、北路口方向，之后重復(fù)上述過程。要求學(xué)生5人一組，通過查資料、組內(nèi)討論等形式，最后形成解決問題的方案。

（二）引導(dǎo)解決問題。在8255芯片接口的學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)的流向，理解8255芯片如何通過控制器完成CPU與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳遞過程。既要從 CPU 的角度出發(fā)，分析數(shù)據(jù)如何在 CPU 和接口之間進(jìn)行交互，又要從外設(shè)的角度出發(fā)，分析外設(shè)和接口之間的數(shù)據(jù)交換過程。只有站在這兩種高度，同時審視8255芯片的工作過程，學(xué)生才能更深入地理解該接口芯片是主機(jī)和外設(shè)之間的鏈接芯片，同時才能全面理解數(shù)據(jù)的輸入/輸出過程。

（三）遷移問題設(shè)計。在前面問題的基礎(chǔ)上，我們提出讓學(xué)生設(shè)計“具有倒計時功能的交通燈控制系統(tǒng)”，同時引導(dǎo)學(xué)生嘗試用不同方案來完成這任務(wù)，比如延時部分可以是硬件延時，也可以是軟件延時；數(shù)碼管可以用雙數(shù)碼管，也可用單個數(shù)碼管，等等。學(xué)生需要調(diào)整自己的認(rèn)識，將已有的知識進(jìn)行資源重組并延伸才能生成解決方案。

（四）評價總結(jié)。在基于PBL的課堂教學(xué)中，很多同學(xué)以為找到了問題的答案，知識就掌握了，并且問題就解決了，因而，教學(xué)和學(xué)習(xí)的過程也就結(jié)束了，不重視歸納、總結(jié)，更不善于舉一反三及靈活地從問題的發(fā)現(xiàn)過程中找出解決問題的規(guī)律。我們認(rèn)為，最重要的知識是關(guān)于解決問題方法的知識。在問題解決后，我們點(diǎn)評問題解決的各種不同方案，總結(jié)好的方案，對次之的方案提出改進(jìn)意見。教學(xué)實踐表明，評價總結(jié)在PBL教學(xué)中有著舉足輕重的作用，對于學(xué)生而言是提高分析能力，提升思維能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力及自主學(xué)習(xí)能力的重要策略；對教師而言則是邁上自我認(rèn)識、自我改造、自我教育的專業(yè)發(fā)展道路。

三、結(jié)束語

PBL教學(xué)模式是一種以學(xué)習(xí)者為中心、以問題為核心的全新學(xué)習(xí)模式和教學(xué)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，PBL 教學(xué)更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的知識構(gòu)建，是教師引導(dǎo)下的真正意義上的主動學(xué)習(xí)，其有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，并提升其解決問題的能力。PBL教學(xué)模式的實施，不僅極大地增強(qiáng)了學(xué)生的主動性、積極性，提高了學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性，培養(yǎng)了他們的人際交往能力、團(tuán)隊合作精神及綜合素質(zhì)，同時也提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力及信息搜索能力。實踐證明，這樣的教學(xué)改革是受學(xué)生歡迎的，收到了很好的教學(xué)效果。在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實施PBL教學(xué)后，聽到了有學(xué)生說越來越喜歡上這門課了，很多學(xué)生不再認(rèn)為該門課程枯燥無味，相反，他們課前主動預(yù)習(xí)，課后積極查資料，真正做到自主學(xué)習(xí)。

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（責(zé)編 盧 雯）