PBL教學(xué)法在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程中的應(yīng)用

胡樹(shù)煜+王琢

[摘 要]基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)方法在各學(xué)科的教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，本文對(duì)PBL教學(xué)法的理論基礎(chǔ)、教學(xué)模式進(jìn)行了總結(jié)，并以單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程為應(yīng)用實(shí)例，探討了PBL教學(xué)法的運(yùn)用過(guò)程。PBL教學(xué)法改變了傳統(tǒng)的以知識(shí)“灌輸”為主的教學(xué)模式，變知識(shí)學(xué)習(xí)為探究學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)遷移起到了積極的促進(jìn)作用，是教學(xué)改革的重大突破，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)法；單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)；應(yīng)用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.128

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642；TP368.1-4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）08-0-02

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，主要講述單片機(jī)的硬件及引腳特性、單片機(jī)的指令功能、編程步驟方法、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口、外圍設(shè)備接口及驅(qū)動(dòng)程序、單片機(jī)典型技術(shù)等內(nèi)容。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程復(fù)雜難學(xué)，即使已經(jīng)具備微機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的基本知識(shí)，也會(huì)讓人感到無(wú)從下手。傳統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程都是通過(guò)課堂講述、實(shí)驗(yàn)演示來(lái)傳遞知識(shí)點(diǎn)的，學(xué)生學(xué)習(xí)一個(gè)學(xué)期后，感覺(jué)還是沒(méi)有獲得很多的知識(shí)，考試前只能靠背誦書(shū)上的例題去套用，考完試后就忘得一干二凈，并沒(méi)有真正從這門(mén)課程中獲得真正的知識(shí)和有效的技能。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程是一門(mén)需要深入思考、反復(fù)推敲、不斷實(shí)踐、不斷積累經(jīng)驗(yàn)的課程。所以要想讓學(xué)生真正獲得知識(shí)和技能，就要改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式、改革教學(xué)的方式方法。

PBL教學(xué)法，即基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)法，能有效改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，鍛煉學(xué)生的思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。從做中學(xué)，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，提高學(xué)生的滿(mǎn)意度。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程具有的實(shí)踐性和操作性強(qiáng)以及其他特點(diǎn)，都適合使用PBL教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

1 PBL教學(xué)法的理論基礎(chǔ)

1.1 認(rèn)知學(xué)習(xí)理論

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)是有意義的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者不是被動(dòng)的接受知識(shí)，而是主動(dòng)探索研究的過(guò)程。布魯納學(xué)說(shuō)認(rèn)為：學(xué)習(xí)知識(shí)是根據(jù)已有知識(shí)獲得新知識(shí)、將知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和處理信息來(lái)適應(yīng)新問(wèn)題的需要、評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)知識(shí)是否適用于問(wèn)題的三個(gè)過(guò)程。PBL教學(xué)的一般過(guò)程正是根據(jù)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的過(guò)程建立起來(lái)的，而且PBL教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)主動(dòng)學(xué)習(xí)、強(qiáng)調(diào)內(nèi)在動(dòng)機(jī)、強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程，這都符合認(rèn)知學(xué)習(xí)理論。

1.2 建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義認(rèn)為，教學(xué)活動(dòng)并不是以向?qū)W生灌輸知識(shí)來(lái)進(jìn)行知識(shí)傳遞的過(guò)程，而是有效引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)對(duì)知識(shí)進(jìn)行建構(gòu)來(lái)達(dá)到知識(shí)遷移的過(guò)程。建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)的特性；強(qiáng)調(diào)學(xué)生積極主動(dòng)探究學(xué)習(xí)，教師宏觀調(diào)控的過(guò)程；強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境的效果，讓學(xué)生體會(huì)真實(shí)的社會(huì)生活和廣泛的科學(xué)知識(shí)，拓寬視野。在建構(gòu)理論的支持下，PBL教學(xué)法能充分發(fā)揮其積極主動(dòng)作用，能真正有效引導(dǎo)學(xué)生獲得知識(shí)和技能。

1.3 人本主義理論

以人為本是現(xiàn)代教育理論的重要組成部分，PBL教學(xué)過(guò)程充分體現(xiàn)了以人為本的教育理念，學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，對(duì)問(wèn)題的理解能力和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度也不盡相同，教師會(huì)根據(jù)不同的情況進(jìn)行因材施教，改變傳統(tǒng)教學(xué)中一刀切的狀況，會(huì)根據(jù)學(xué)生的好奇心理和實(shí)踐需要及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，真正做到以學(xué)生為本，為學(xué)生服務(wù)。

2 PBL教學(xué)法的教學(xué)模式

眾多的學(xué)者有著不同的觀念，從不同的角度提出了PBL教學(xué)的多種模式，馬斯特里赫提出了Seven-Step導(dǎo)向?qū)W習(xí)模式，包含了澄清術(shù)語(yǔ)、定義問(wèn)題、分析問(wèn)題、想法結(jié)構(gòu)化、制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、研究和調(diào)查以及概要和解決方案等7個(gè)階段，當(dāng)完成7個(gè)階段，問(wèn)題仍不能解決時(shí)，需回到想法結(jié)構(gòu)化進(jìn)行循環(huán)。本杰明提出PBL教學(xué)過(guò)程包括界定問(wèn)題、分析問(wèn)題、形成假設(shè)、確定已知、確立所需資源、分析資源、收集新知識(shí)以及聯(lián)結(jié)新舊知識(shí)8個(gè)階段，若經(jīng)過(guò)以上8個(gè)階段問(wèn)題仍未解決，或在解決問(wèn)題的過(guò)程產(chǎn)生了新的問(wèn)題，可以重新從界定問(wèn)題開(kāi)始循環(huán)。伊登斯提出了問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)周期性PBL模式，主要包括問(wèn)題發(fā)展階段、問(wèn)題探究階段、問(wèn)題方案驗(yàn)證階段，在這三個(gè)階段循環(huán)執(zhí)行。從三種典型的PBL教學(xué)模式來(lái)看，其都是循環(huán)的模式，都是從問(wèn)題出發(fā)，大致步驟基本相同，只是切入點(diǎn)和具體的步驟不同。

3 PBL教學(xué)法的應(yīng)用實(shí)例

本文以恒溫控制系統(tǒng)課程為例進(jìn)行分析。

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 教學(xué)目標(biāo)分析

掌握恒溫控制系統(tǒng)中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況，掌握溫度信號(hào)輸入通道包含的內(nèi)容，掌握?qǐng)?zhí)行信號(hào)通道設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的方法。在學(xué)習(xí)知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、獨(dú)立思考的習(xí)慣、溝通能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.1.2 問(wèn)題情境設(shè)計(jì)

有一個(gè)孵化場(chǎng)，要孵化一批雞雛，孵化過(guò)程中要求恒溫器必須保持在38 ℃～39 ℃，采用電熱恒溫設(shè)計(jì)，溫度控制精度在±0.5 ℃，電源為220 V交流電，溫控范圍在+3 ℃～+ 60℃之間，加熱功率在200 W～700 W，容積在350 mm×350 mm×400 mm，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)符合要求的恒溫系統(tǒng)。

3.2 教學(xué)過(guò)程

3.2.1 提出問(wèn)題

（1）設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并畫(huà)圖表示。

（2）溫度信號(hào)輸入通道包含哪幾部分內(nèi)容？

（3）執(zhí)行信號(hào)通道如何設(shè)計(jì)？

（4）系統(tǒng)應(yīng)用軟件的控制流程如何設(shè)計(jì)？

（5）對(duì)PID算法應(yīng)如何改進(jìn)才能符合設(shè)計(jì)要求？

3.2.2 分析問(wèn)題

針對(duì)五個(gè)問(wèn)題，逐一進(jìn)行分析。

微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用1片MCS-51系列的8031單片機(jī)、1片2732A EPROM存儲(chǔ)器、1片74LS373作地址鎖存器、1片Inter8155作ROM和I/O擴(kuò)展器。

溫度信號(hào)輸入通道包含溫度傳感器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器三部分。

執(zhí)行信號(hào)通道通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)的8155PC5的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦合器，直接控制可控硅門(mén)級(jí)，從而控制電熱絲的平均加熱功率。

系統(tǒng)應(yīng)用軟件的控制流程要注意溫度信號(hào)的讀入和處理。

對(duì)PID算法在偏差絕對(duì)值小于某一預(yù)定門(mén)限時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)PID算法。當(dāng)偏差絕對(duì)值大于這一預(yù)定門(mén)限時(shí)，舍去積分項(xiàng)的運(yùn)算，從而減少積分項(xiàng)的累積。

3.2.3 小組討論

經(jīng)過(guò)對(duì)問(wèn)題要點(diǎn)的分析，小組成員針對(duì)問(wèn)題提出自己的方案設(shè)計(jì)，組員之間互相討論，評(píng)價(jià)優(yōu)缺點(diǎn)，使方案達(dá)到優(yōu)化。

3.2.4 查閱資料

學(xué)生根據(jù)問(wèn)題和分析的要點(diǎn)，對(duì)教材、網(wǎng)絡(luò)資料進(jìn)行查閱，獨(dú)立完成學(xué)習(xí)過(guò)程。

3.2.5 解決方案

根據(jù)以往的知識(shí)和探索的新知識(shí)，綜合分析問(wèn)題，形成自己的解決方案。

3.3 評(píng)價(jià)總結(jié)

3.3.1 成果說(shuō)明

學(xué)生對(duì)自己的方案在組內(nèi)進(jìn)行闡述，并提出形成依據(jù)，以便大家進(jìn)行交流，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)比自己的方案，進(jìn)行借鑒。

3.3.2 評(píng)價(jià)總結(jié)

教師針對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析優(yōu)缺點(diǎn)、錯(cuò)誤成因，并給出建設(shè)性意見(jiàn)?？偨Y(jié)本節(jié)課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，給出問(wèn)題的正確答案，對(duì)課程進(jìn)行總結(jié)。

3.3.3 教學(xué)反思

針對(duì)本課程進(jìn)行教學(xué)反思，從學(xué)習(xí)內(nèi)容、教師作用、學(xué)生學(xué)習(xí)效果等幾個(gè)反面進(jìn)行，以便于積累經(jīng)驗(yàn)，把PBL教學(xué)法發(fā)揮到極致。

4 結(jié) 語(yǔ)

PBL教學(xué)法是以認(rèn)知學(xué)習(xí)理論、建構(gòu)主義理論、人本主義理論為基礎(chǔ)的，具有多種教學(xué)模式，雖然在各種教學(xué)模式中有細(xì)微的差別，但是主體都是一致的，是以問(wèn)題為中心的主動(dòng)構(gòu)建過(guò)程。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的性質(zhì)非常適合PBL教學(xué)法，所以在應(yīng)用之后，取得了顯著的教學(xué)效果，學(xué)生成績(jī)明顯提高，學(xué)習(xí)熱情高漲，真正將知識(shí)轉(zhuǎn)化成了技能，進(jìn)行了有效的遷移。PBL教學(xué)法對(duì)教學(xué)起著重要的意義，正逐步向各學(xué)科鋪開(kāi)。

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