“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中的PBL教學(xué)法嘗試

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摘 要 PBL教學(xué)法是基于問(wèn)題的教學(xué)方法，針對(duì)學(xué)生認(rèn)知的特點(diǎn)，嘗試將 PBL 教學(xué)法靈活地應(yīng)用于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容和的教學(xué)中。文章闡述了在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)中引入 PBL 教學(xué)法的意義和特點(diǎn)，并結(jié)合教學(xué)實(shí)例介紹了PBL教學(xué)中創(chuàng)建問(wèn)題的原則和具體的實(shí)施步驟。結(jié)果表明：和傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，PBL 教學(xué)法對(duì)提高教學(xué)效果和質(zhì)量有著積極地推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞 PBL 微機(jī)原理與接口技術(shù) 課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.12.055

Abstract PBL teaching method is a problem-based teaching method， in view of the characteristics of the students cognition， we attempt to apply the PBL teaching method to the Principle of Microcomputer and Interface Technology teaching. In the paper， we expounded the significance and features of introducing the PBL teaching method to Principle of Microcomputer and Interface Technology teaching， and intruduces the principles of creating problems through the concrete teaching examples. The results show that PBL pedagogic practice plays a positive role in the promotion of the effect and quality of Principle of Microcomputer teaching comparing with the traditional teaching method.

Keywords Problem-Based Learning；Principle of Microcomputer and Interface Technology；course teaching

0 引言

中華民族的偉大復(fù)興離不開(kāi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛，而國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱是制造業(yè)。制造裝備的先進(jìn)性對(duì)制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)制造裝備以機(jī)械本體和氣液電驅(qū)動(dòng)為主，而測(cè)控部分多以人工操作為主。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)取，制造裝備的測(cè)控部分逐步融合了計(jì)算機(jī)、信息、自動(dòng)化等多學(xué)科技術(shù)，制造裝備不再是一個(gè)單純的機(jī)械裝置，而是集機(jī)械、電子、通信等技術(shù)于一身的高科技產(chǎn)品。這樣的制造裝備需要高素質(zhì)的綜合性人才來(lái)設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用。為適應(yīng)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展需求，高校機(jī)械類專業(yè)普遍引入了計(jì)算機(jī)、電信、自動(dòng)化等專業(yè)的相關(guān)課程，而“微機(jī)原理與接口技術(shù)”正是這些專業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)課程之一，對(duì)于整個(gè)專業(yè)的學(xué)習(xí)有著重要的支承作用。本文結(jié)合作者對(duì)PBL教學(xué)法的認(rèn)知和嘗試，論述了PBL教學(xué)法在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中的應(yīng)用。

1 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)中BL教學(xué)法的引入

傳統(tǒng)的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)，以英特爾8086微處理器為對(duì)象，向?qū)W生全面講解微機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器類型、中斷處理機(jī)制、并行串行通訊、AD/DA轉(zhuǎn)換等知識(shí)，并輔以微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生掌握微機(jī)應(yīng)用知識(shí)。但對(duì)針對(duì)教學(xué)效果對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談時(shí)，不少學(xué)生反映該課程較難理解、實(shí)踐環(huán)節(jié)難以獨(dú)立完成等問(wèn)題，教學(xué)效果不太理想。為了提高教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生真正獲得知識(shí)和能力的提升，作者嘗試在本課程的教學(xué)中使用PBL教學(xué)法來(lái)改善教學(xué)效果。

PBL教學(xué)法是1969年由美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows根據(jù)信息加工心理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)提出的新的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法以學(xué)生為中心，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生在老師的啟發(fā)指導(dǎo)下以自學(xué)和小組討論為主要方法嘗試解決問(wèn)題。PBL教學(xué)法原本廣泛運(yùn)用于在醫(yī)科教學(xué)，現(xiàn)在逐步也在其他學(xué)科得到運(yùn)用。

目前，我校自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用專業(yè)班級(jí)已開(kāi)展此課程的教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐中，任課老師已開(kāi)始嘗試運(yùn)用PBL教學(xué)法實(shí)施教學(xué)。PBL教學(xué)法源于構(gòu)建主義理論，①它不是讓教師把書(shū)本上現(xiàn)成的知識(shí)直接通過(guò)自己的講解傳遞給學(xué)生，或者是讓學(xué)生按照書(shū)本的章節(jié)安排和老師的講授去獲得一些知識(shí)，而是要求學(xué)生根據(jù)教師提出的問(wèn)題，主動(dòng)去尋找問(wèn)題的答案，最終得到解決問(wèn)題的辦法，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示和自我評(píng)價(jià)，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程而不是被動(dòng)聽(tīng)取了某個(gè)知識(shí)，教師在課程實(shí)施中已經(jīng)不是教學(xué)的主體，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和監(jiān)督者，學(xué)生自己成為教學(xué)的主體，從自己主動(dòng)解決問(wèn)題的過(guò)程中獲取知識(shí)和技能。

2 PBL教學(xué)法的實(shí)施

2.1 指導(dǎo)老師引入情景提出問(wèn)題

指導(dǎo)老師創(chuàng)設(shè)的情景對(duì)整個(gè)課程教學(xué)有著重要作用，它直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。作者在本課程的教學(xué)中設(shè)立的場(chǎng)景是輪形機(jī)器人即智能小車的設(shè)計(jì)制作。智能小車依靠傳感器的反饋來(lái)控制電機(jī)的動(dòng)作以達(dá)到小車自動(dòng)避障行進(jìn)的效果，其控制系統(tǒng)本質(zhì)上就是一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。利用此場(chǎng)景來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)原理和接口技術(shù)，相比與傳統(tǒng)教學(xué)來(lái)說(shuō)更具有吸引力，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。②

在學(xué)生體驗(yàn)指導(dǎo)老師創(chuàng)設(shè)的場(chǎng)景后，指導(dǎo)老師需要根據(jù)場(chǎng)景提出合適的問(wèn)題讓學(xué)生自主解決，指導(dǎo)老師提出的問(wèn)題是PBL教學(xué)過(guò)程成敗的關(guān)鍵。一方面要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)來(lái)控制問(wèn)題的難度，使得學(xué)生能通過(guò)自主學(xué)習(xí)自行解決問(wèn)題；另一方面，問(wèn)題要有針對(duì)性，使學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中獲取的知識(shí)符合教學(xué)目的。指導(dǎo)老師可以先提出一個(gè)較難的總問(wèn)題，然后根據(jù)教學(xué)目的把這個(gè)較為復(fù)雜深?yuàn)W的問(wèn)題拆解成為相互關(guān)聯(lián)的簡(jiǎn)單的問(wèn)題，這些問(wèn)題應(yīng)有利于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)解決這一系列問(wèn)題，從而達(dá)到獲取知識(shí)和技能的目的。③

作者在本課程的教學(xué)中提出的總問(wèn)題是微機(jī)系統(tǒng)是如何控制小車智能避障行進(jìn)的？為了解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)一步分解出一系列子問(wèn)題，例如微機(jī)系統(tǒng)是根據(jù)程序來(lái)控制小車的，程序存儲(chǔ)在什么位置？CPU如何讀取運(yùn)行的？微機(jī)系統(tǒng)需要通過(guò)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)控制小車的前進(jìn)方向，它是如何與伺服電機(jī)接口來(lái)進(jìn)行控制的？這些問(wèn)題的解決依賴微機(jī)組成原理和接口技術(shù)方面的知識(shí)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)解決這些問(wèn)題的過(guò)程也就是獲取本門課程知識(shí)和技能的過(guò)程。

2.2 學(xué)生自主合作解決問(wèn)題

在指導(dǎo)老師提出問(wèn)題后，應(yīng)安排學(xué)生分組討論。④學(xué)生的分組應(yīng)注意成員的合理組合，把不同特點(diǎn)的學(xué)生分在一個(gè)組，學(xué)生能發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，圓滿解決問(wèn)題。學(xué)生小組的各成員首先分析問(wèn)題，看看自己具備了哪些解決問(wèn)題的知識(shí)，還缺少什么理論知識(shí)，給出解決問(wèn)題的初稿，然后由小組長(zhǎng)根據(jù)小組成員討論的結(jié)果，確定解決問(wèn)題的方案，并制定下一步的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

例如指導(dǎo)老師提出如何使用微機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)這個(gè)問(wèn)題后，可以按照三個(gè)方向來(lái)把學(xué)生分成三個(gè)小組，進(jìn)行分組討論：一個(gè)組討論微機(jī)系統(tǒng)如何控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)組討論微機(jī)系統(tǒng)如何控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)組討論微機(jī)系統(tǒng)如何控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，分組時(shí)充分考慮學(xué)生的意愿和特點(diǎn)。學(xué)生在分析問(wèn)題時(shí)，首先明確自己在先前的基礎(chǔ)課程中學(xué)習(xí)過(guò)電機(jī)的基本工作原理，現(xiàn)在要解決問(wèn)題時(shí)還主要缺乏兩方面的知識(shí)，一方面是不同類型電機(jī)的調(diào)速原理，一方面是微機(jī)系統(tǒng)與電機(jī)的控制接口知識(shí)。學(xué)生在討論后明確解決問(wèn)題的思路，然后個(gè)組員根據(jù)自身的興趣和特長(zhǎng)，通過(guò)分頭查詢相關(guān)資料獲取新知識(shí)以期解決問(wèn)題。

在小組討論前，對(duì)于一些必要的知識(shí)鋪墊，指導(dǎo)老師也需要向?qū)W生作簡(jiǎn)要交代，避免學(xué)生無(wú)從下手。在小組討論過(guò)程中，指導(dǎo)教師及時(shí)跟蹤小組成員的討論內(nèi)容，避免小組成員討論的方向離開(kāi)正確解決問(wèn)題的軌道，同時(shí)又要不過(guò)度影響學(xué)生個(gè)性思維的拓展。例如在解決微機(jī)接口如何控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題中，指導(dǎo)老師事先告訴學(xué)生伺服電機(jī)需要微機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖來(lái)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)去了解脈沖控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的知識(shí)和到讓微機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生所需脈沖的方法。

小組成員之間需合理分工，針對(duì)學(xué)習(xí)的問(wèn)題尋找支撐的材料，每個(gè)小組成員都有解決問(wèn)題的不同方法和技巧，要想得出共同解決問(wèn)題的方法，需要在每個(gè)成員的意見(jiàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行匯總、歸納、總結(jié)，最后形成統(tǒng)一的答案。⑤討論解決問(wèn)題后，各小組的組長(zhǎng)將問(wèn)題的最終結(jié)果寫成書(shū)面材料，由每個(gè)小組的組長(zhǎng)通過(guò)多媒體課件的形式，向指導(dǎo)教師和同學(xué)們做展示。

2.3 指導(dǎo)老師點(diǎn)評(píng)

在每組學(xué)生展示解決問(wèn)題的過(guò)程和結(jié)果后，指導(dǎo)老師要點(diǎn)評(píng)各小組的表現(xiàn)，肯定學(xué)生做得正確的地方，對(duì)不足的地方提出改進(jìn)意見(jiàn)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生們主動(dòng)反思解決問(wèn)題的過(guò)程，思索這個(gè)過(guò)程中曾經(jīng)缺乏哪個(gè)方面的知識(shí)，又是如何補(bǔ)充這些知識(shí)從而解決問(wèn)題。

例如學(xué)生在解決如何控制普通直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題中，找到使用PWM波來(lái)控制電機(jī)的供電電壓大小以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，指導(dǎo)老師對(duì)這一方法給予了充分肯定，但學(xué)生在PWM的具體使用上僅僅通過(guò)軟件設(shè)定微機(jī)系統(tǒng)CPU寄存器的相關(guān)控制位來(lái)控制PWM波的占空比，并沒(méi)有對(duì)PWM波的頻率進(jìn)行控制，導(dǎo)致在實(shí)際控制中智能小車的運(yùn)動(dòng)行駛不夠平順。經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的提醒，學(xué)生通過(guò)自行摸索迅速找到原因，在提高PWM波的工作頻率后使得電機(jī)電源電源平穩(wěn)，最終圓滿解決問(wèn)題。

在學(xué)生最終解決指導(dǎo)老師提出的各個(gè)問(wèn)題后，指導(dǎo)老師對(duì)各小組的總體學(xué)習(xí)成效表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并為每位學(xué)生記錄平時(shí)成績(jī)。

3 結(jié)束語(yǔ)

作者在本校自動(dòng)化2014級(jí)的該課程教學(xué)中使用PBL教學(xué)法，以前習(xí)慣了上課聽(tīng)課的學(xué)生們普遍反映這門課的學(xué)習(xí)過(guò)程是自己從未經(jīng)歷過(guò)的，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程主要是自己在查閱資料找答案以及和其他同學(xué)討論，老師僅負(fù)責(zé)方向指導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)，并沒(méi)有向自己灌輸知識(shí)。當(dāng)自己解決了所有問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)自己在不知不覺(jué)中掌握了不少新知識(shí)，甚至躍躍欲試想根據(jù)老師在課程中創(chuàng)設(shè)的情景，運(yùn)用課程知識(shí)自己親手制作一臺(tái)智能小車。PBL教學(xué)法獲得了作者預(yù)期的良好效果。

PBL教學(xué)法相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)法注意培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，重視學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法的掌握，注重提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，使學(xué)生形成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為他們技術(shù)能力和工作素質(zhì)的培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。

武漢市教育局2015年市屬高校教學(xué)教研重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)2015030）

注釋

① 黃鋼，關(guān)超然.基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（PBL）導(dǎo)論[M].人民衛(wèi)生出版社，2014.3：42-43.

② 杜波.在單片機(jī)課程中開(kāi)展PBL教學(xué)法培養(yǎng)應(yīng)用能力的研究與實(shí)踐[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2016.17（3）：117-120.

③ 劉麗霞.淺談PBL在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化，2016.9（27）：165-166.

④ 虞周凱，傅文珍.卓越計(jì)劃下PBL教學(xué)法的電工技術(shù)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].科技視界，2016.2：122.

⑤ 宋淑麗.基于PBL的高校實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2016.1：55-56.