PBL教學(xué)模式在單片機(jī)教學(xué)中的探索與實(shí)踐

原琳 明穎 程海軍

摘 要：傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)大多存在重理論輕實(shí)踐的問(wèn)題，學(xué)生大多死記硬背老師課程灌輸?shù)某绦?，而不能真正地體會(huì)到單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的實(shí)用性，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高。文章針對(duì)以上單片機(jī)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了一種基于PBL（problem-Based learning）教學(xué)模式的單片機(jī)教學(xué)。介紹了PBL教學(xué)模式，并將PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)模式進(jìn)行了比較。同時(shí)，闡述了具體如何開(kāi)展基于PBL教學(xué)模式的單片機(jī)教學(xué)。在單片機(jī)教學(xué)中，以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)習(xí)者以解決實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)的方式去學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，得到了顯著的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式；單片機(jī)課程；教學(xué)實(shí)踐；學(xué)習(xí)者

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）11-0101-03

Abstract： Most of the traditional single-chip course teaching problem is paying more attention to theory than practice. Most of the students learn the course by rote and can not really appreciate the practicality of the course. Students are not enthusiastic about learning. Based on the above problems in single-chip course teaching， this paper puts forward a kind of single-chip teaching based on PBL （problem-based learning） teaching mode. After introducing the PBL teaching model，the PBL teaching model and the traditional teaching model were compared. At the same time， it elaborates how to carry out single-chip teaching based on the PBL teaching mode. In the single-chip teaching， with problem as driving power， the PBL teaching model enable learners to solve practical problems as the goal of learning and it also greatly stimulated the students' interest in learning and get a significant learning effect.

Keywords： PBL teaching model； single-chip course； teaching practice； learner

單片機(jī)課程，即單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程，是電氣類及電子工程類專業(yè)必需掌握的核心課程。該課程的特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多而零碎，課程實(shí)踐性較強(qiáng)。傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，把老師作為課堂的核心和領(lǐng)導(dǎo)者，學(xué)生只是被動(dòng)的聽(tīng)講，這樣的方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。導(dǎo)致學(xué)生大多采用死記硬背編程程序的方式去學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)掌握不透徹，學(xué)習(xí)效果一般。因此，我們必須對(duì)單片機(jī)課程教授方式進(jìn)行改革，采用PBL可以做到真正的以學(xué)生為中心，讓學(xué)生成為課堂的主動(dòng)參與者，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

一、PBL教學(xué)模式簡(jiǎn)介

基于問(wèn)題學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式，最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)，由于良好的教學(xué)效果，隨后，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的教學(xué)當(dāng)中。其主要作用是培養(yǎng)學(xué)生基于問(wèn)題式的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作的能力。

PBL教學(xué)模式實(shí)際上是由若干個(gè)精心設(shè)計(jì)的問(wèn)題所組成，圍繞問(wèn)題為中心，讓學(xué)生綜合運(yùn)用自身所學(xué)知識(shí)進(jìn)行調(diào)查和研究，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，使學(xué)生靈活的運(yùn)用了相關(guān)概念和知識(shí)，從而進(jìn)一步的培養(yǎng)了學(xué)生理解問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。從解決問(wèn)題的過(guò)程中使學(xué)生體會(huì)到了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

二、PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式比較

本文從主要教學(xué)要素：教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)控制、教學(xué)資源、教學(xué)策略、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)評(píng)價(jià)、教師和學(xué)生等諸多方面將PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了比較。

（一）教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以知識(shí)為本位，要求學(xué)生記住所學(xué)概念，掌握相關(guān)原理，完成課后習(xí)題即可。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，PBL教學(xué)模式以學(xué)生發(fā)展為本位，實(shí)現(xiàn)“掌握知識(shí)，發(fā)展智能、陶冶情操”的三維教學(xué)目標(biāo)。

（二）教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)模式采取“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)方式，教師按照自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。PBL教學(xué)模式采用的是以問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生在教師的輔導(dǎo)下分析問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自主的學(xué)習(xí)。

（三）教學(xué)控制

傳統(tǒng)教學(xué)模式由于采用大班授課的方式，教師只能根據(jù)學(xué)生總體的學(xué)習(xí)情況調(diào)整教學(xué)步驟，因此教師很難全面顧及學(xué)生的基礎(chǔ)差異。采用PBL教學(xué)模式，教師是依據(jù)學(xué)習(xí)者的特征設(shè)計(jì)問(wèn)題，根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異組合學(xué)習(xí)小組，使每一名學(xué)生的潛能得到最大的激勵(lì)與發(fā)揮。

（四）教學(xué)資源

傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)限制在課堂之內(nèi)，學(xué)習(xí)信息的主要來(lái)源是課本、掛圖、板書(shū)、PPT，偶爾的穿插放映一些教學(xué)錄像，信息非常單一的傳遞給學(xué)習(xí)者。PBL教學(xué)模式中學(xué)習(xí)活動(dòng)超越了教室的界限，為了分析、思考某些問(wèn)題學(xué)生利用圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)、教科書(shū)等資源，學(xué)生可接觸到的信息得到了空前的擴(kuò)展。

（五）教學(xué)策略

傳統(tǒng)教學(xué)模式以單一的形式將信息傳遞給全體學(xué)生。PBL教學(xué)模式采用師生合作、生生合作的方式解決問(wèn)題，學(xué)生在多種情境中獲取并應(yīng)用知識(shí)。

（六）教學(xué)環(huán)境

傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)習(xí)是以個(gè)人為中心的，學(xué)習(xí)者相互之間具有競(jìng)爭(zhēng)性。PBL教學(xué)模式采用學(xué)習(xí)以小組合作的形式完成，學(xué)習(xí)者是在相互合作的、相互支持的環(huán)境中學(xué)習(xí)。

（七）教學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)是以完成特定的教學(xué)任務(wù)來(lái)評(píng)定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績(jī)，以成績(jī)優(yōu)良來(lái)劃分學(xué)生等級(jí)，教師是唯一的評(píng)價(jià)者。PBL教學(xué)模式的教學(xué)評(píng)價(jià)是以學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力為參照，注重的是過(guò)程而不是結(jié)果，實(shí)行真實(shí)的、基于績(jī)效的評(píng)價(jià)，包括自我評(píng)價(jià)、小組憑借教師評(píng)價(jià)相結(jié)合。

（八）教師

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師的角色是課堂的主宰者，是知識(shí)的傳授者。教師獨(dú)立工作，以向?qū)W生傳遞前人經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為主。PBL教學(xué)模式中，教師是教學(xué)的組織者與輔導(dǎo)者，教學(xué)過(guò)程中，教師與學(xué)生相互合作，以指導(dǎo)學(xué)生獲取解決問(wèn)題的方式為主。

（九）學(xué)生

傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生是信息的被動(dòng)接受者，是裝載知識(shí)的“容器”，學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是記憶并重復(fù)前人經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為主的信息。PBL教學(xué)模式中，學(xué)生是具有自我指導(dǎo)學(xué)習(xí)理念和能力的、主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，學(xué)習(xí)的任務(wù)不僅要進(jìn)行知識(shí)意義的建構(gòu)，還要形成解決問(wèn)題、與人合作、進(jìn)行創(chuàng)新等多種能力。

三、單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

單片機(jī)課程基于其課程的性質(zhì)特點(diǎn)，是一門實(shí)踐操作性比較強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中，多以理論講授為主，采用主講教師一言堂的教學(xué)模式。即教師在講臺(tái)上以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)理解力向?qū)W生講授知識(shí)，學(xué)習(xí)者課堂上大多只是機(jī)械的聽(tīng)，跟隨老師的講授板書(shū)盲目的記著筆記，課上難以真正的理解單片機(jī)課程的精髓。課下，為了應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)者又緊鑼密鼓的忙碌著背書(shū)，背考試重點(diǎn)。學(xué)生的實(shí)踐操作性非常差，背離了單片機(jī)課程的教學(xué)初衷。

四、基于PBL的單片機(jī)教學(xué)模式

鑒于傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)模式中，重理論，輕實(shí)踐，重考試，輕應(yīng)用的現(xiàn)狀，筆者提出一種基于PBL的單片機(jī)教學(xué)模式。這種教學(xué)模式可以有效的調(diào)整以往單片機(jī)教學(xué)模式中存在的弊端。使學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過(guò)程中，以解決具體問(wèn)題為核心，教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，循循善誘，使學(xué)生能夠基本通過(guò)自主學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，極大的激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，能夠做到“學(xué)以致用”。

（一）PBL教學(xué)模式制約因素

PBL教學(xué)模式的三大制約因素為：?jiǎn)栴}情境、學(xué)習(xí)者及教師。在單片機(jī)教學(xué)中，如何處理好三者關(guān)系是基于PBL教學(xué)模式得以開(kāi)展的重要保證。

1. 問(wèn)題情境

問(wèn)題情境的設(shè)置是單片機(jī)課程的組織核心。設(shè)置問(wèn)題時(shí)，使學(xué)生置身于問(wèn)題之中，多角度的看待問(wèn)題，問(wèn)題的情境能夠吸引并且保持學(xué)生的興趣，激發(fā)他們積極的尋求解決問(wèn)題的方法?；赑BL教學(xué)模式的單片機(jī)教學(xué)，問(wèn)題的設(shè)置必須具有開(kāi)放性，促使學(xué)生解決情境問(wèn)題的答案不止一種。問(wèn)題情境的設(shè)置還應(yīng)具有真實(shí)性，問(wèn)題設(shè)置要和生活實(shí)踐緊密相連，以激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，問(wèn)題的設(shè)置還應(yīng)具有寬泛性，給出的已知條件沒(méi)有明確的限定，給學(xué)習(xí)者足夠的發(fā)揮空間去發(fā)掘解決問(wèn)題的方法。通過(guò)以上這些原則，設(shè)計(jì)的問(wèn)題既非常接近生活實(shí)際，又使問(wèn)題非常紛繁復(fù)雜，使學(xué)習(xí)者很難簡(jiǎn)單的通過(guò)以前掌握的固有的知識(shí)去套用的解決問(wèn)題。問(wèn)題情境是學(xué)習(xí)者產(chǎn)生了“認(rèn)知沖突”，極大的激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。基于問(wèn)題情境的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的思維創(chuàng)新能力?；赑BL的單片機(jī)教學(xué)模式中，必須通過(guò)解決問(wèn)題的模式來(lái)組織高水平的教學(xué)。使學(xué)習(xí)者在通過(guò)解決問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)中對(duì)自己已掌握的知識(shí)不斷的反思，通過(guò)對(duì)原有知識(shí)的不斷重組改進(jìn)和擴(kuò)展，最終達(dá)到學(xué)習(xí)新知識(shí)的目的?；赑BL的單片機(jī)教學(xué)中，問(wèn)題的設(shè)置必須具備有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的功效。

2. 學(xué)習(xí)者

基于PBL模式的單片機(jī)教學(xué)，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，都是以學(xué)生為主體，使學(xué)生可以自主的學(xué)習(xí)。使學(xué)習(xí)者在之前所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，架構(gòu)自己可以解決問(wèn)題的方法。在構(gòu)思解決所提出的問(wèn)題之前，應(yīng)該研究相關(guān)的各種與解決問(wèn)題相聯(lián)系的方法，然后確定初步的解決方案。確定初步解決方案后，小組內(nèi)成員各自就開(kāi)始收集解決問(wèn)題相關(guān)的資料，然后進(jìn)行小組成員討論。小組討論后，小組各成員再各自反思自己的解決問(wèn)題的方案，并反復(fù)推敲，最終確定一個(gè)最佳的解決問(wèn)題的方案。在一個(gè)任務(wù)完成階段，各個(gè)學(xué)習(xí)者通過(guò)自我反思與自我評(píng)價(jià)，以及小組成員的相互點(diǎn)評(píng)，最終完成所學(xué)知識(shí)的建構(gòu)。實(shí)現(xiàn)在解決問(wèn)題的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)習(xí)者聯(lián)系現(xiàn)有知識(shí)，并積極主動(dòng)學(xué)習(xí)未知的知識(shí)，最終達(dá)到新知識(shí)的學(xué)習(xí)的目的。

3. 教師

基于PBL教學(xué)模式的單片機(jī)教學(xué)，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師扮演的是知識(shí)引導(dǎo)者的角色，更多的是靠師生的配合來(lái)完成問(wèn)題的解決。這種教學(xué)模式，與以往的以教師為中心的課堂教學(xué)模式完全不同，教師不再是課堂的主導(dǎo)者，而變成了單片機(jī)教學(xué)活動(dòng)中的促進(jìn)者，組織者，督導(dǎo)者以及評(píng)價(jià)者。教師首先估計(jì)學(xué)習(xí)者的能力，針對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，向?qū)W習(xí)者提出實(shí)現(xiàn)一定功能的編程設(shè)計(jì)要求，并在學(xué)習(xí)者編程及功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程等關(guān)鍵步驟中給予指導(dǎo)，幫助學(xué)生指點(diǎn)迷津，搭建學(xué)習(xí)框架，與學(xué)習(xí)者共同解決問(wèn)題。通過(guò)師生共同努力使學(xué)生利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)一定的功能及直觀顯示效果，如點(diǎn)亮流水燈實(shí)驗(yàn)和數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)等，激勵(lì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，及自我知識(shí)架構(gòu)認(rèn)知。

（二）學(xué)習(xí)者的特征分析

任何一種教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，其最終目的都是為了更好的促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。對(duì)學(xué)習(xí)者的特征分析，其目的是為了對(duì)學(xué)習(xí)者的基本情況有大致的了解，以便根據(jù)學(xué)習(xí)者的自身特點(diǎn)，制定相應(yīng)的教學(xué)方法，及提出適當(dāng)?shù)膯?wèn)題，使學(xué)習(xí)者在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，略有提高即可解決的問(wèn)題。而不至于問(wèn)題設(shè)置的太簡(jiǎn)單或太復(fù)雜?；趩?wèn)題的單片機(jī)教學(xué)模式，若問(wèn)題設(shè)置得過(guò)于簡(jiǎn)單，會(huì)使學(xué)習(xí)者沒(méi)有挑戰(zhàn)性，難以在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上有所長(zhǎng)進(jìn)。若問(wèn)題設(shè)計(jì)得過(guò)于復(fù)雜，超出學(xué)習(xí)者現(xiàn)有知識(shí)的范圍很大的話，會(huì)使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生畏難的心里，不能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。綜上所述，在設(shè)置問(wèn)題前，必須充分的了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征，合理設(shè)計(jì)問(wèn)題。如學(xué)生在學(xué)會(huì)使用I/O口的基本技能時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)I/O點(diǎn)亮一個(gè)燈。再學(xué)會(huì)點(diǎn)亮一個(gè)燈的基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生聯(lián)系用I/O使燈進(jìn)行閃爍顯示。通過(guò)這樣由淺入深、循循善誘的方式，問(wèn)題既不能太難，也不能過(guò)于簡(jiǎn)單。在學(xué)習(xí)者掌握現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上略有擴(kuò)展，從而極大的激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。

（三）制定教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)的制定，其目的是促使學(xué)習(xí)者向著既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)。在整個(gè)教學(xué)模式中，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)得是否規(guī)范、具體、明確，直接影響著我們的教學(xué)方向和教學(xué)效果。在單片機(jī)教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定，重在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力。所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都要圍繞著這一教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行。

（四）教師的作用

在基于PBL的教學(xué)模式中，教師的作用也發(fā)生了翻天覆地的變化。教師的角色不再是課堂的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，而是成為了學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)者，解惑者及督導(dǎo)者。當(dāng)學(xué)習(xí)者在單片機(jī)編程調(diào)試解決問(wèn)題時(shí)，遇到了程序報(bào)錯(cuò)或應(yīng)有功能難以實(shí)現(xiàn)等實(shí)在難以逾越的問(wèn)題時(shí)，教師可以發(fā)揮其引導(dǎo)和解惑者身份的作用，給予學(xué)生適當(dāng)?shù)膸椭?，教?huì)學(xué)生調(diào)試程序的思想及指出易錯(cuò)的地方，為其指點(diǎn)迷津，以便繼續(xù)的更好的去解決問(wèn)題。

（五）制定評(píng)價(jià)體系

教學(xué)評(píng)價(jià)直接影響著學(xué)習(xí)者的努力方向，因此，好的教學(xué)方法教學(xué)評(píng)價(jià)體系是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)?；赑BL模式的單片機(jī)教學(xué)不再簡(jiǎn)單的以一張卷子的分?jǐn)?shù)高低評(píng)價(jià)體系，而是科學(xué)的、全面的對(duì)學(xué)習(xí)者作出評(píng)價(jià)。通過(guò)驗(yàn)收學(xué)生運(yùn)用單片機(jī)解決問(wèn)題的基本能力，及其在解決基本問(wèn)題上的發(fā)揮能力給學(xué)生一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。一方面，評(píng)價(jià)的主體多元化。在基于PBL模式的單片機(jī)教學(xué)中，評(píng)價(jià)的主體不再單單是教師一個(gè)人，而是由多方主體給予評(píng)價(jià)。其中包括學(xué)習(xí)者的自評(píng)，組內(nèi)互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等多方進(jìn)行評(píng)價(jià)。如教師給出一個(gè)任務(wù)，驗(yàn)收時(shí)讓學(xué)生演示并講解，評(píng)價(jià)時(shí)除老師外，其他同學(xué)也可對(duì)其作品發(fā)表意見(jiàn)，給予評(píng)價(jià)。另一方面，評(píng)價(jià)的內(nèi)容多元化?；赑BL教學(xué)模式的單片機(jī)教學(xué)，其教學(xué)評(píng)價(jià)內(nèi)容不再僅僅依靠期末考試一張卷子，而是全方位多角度的對(duì)學(xué)習(xí)者作出評(píng)價(jià)，采用期末理論考試加上機(jī)操作的方式考核。理論考試占總成績(jī)的70%，上機(jī)操作占總成績(jī)的30%，通過(guò)兩部分得分給學(xué)生一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于PBL模式的單片機(jī)教學(xué)與傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式相比，是一種使學(xué)習(xí)者基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)模式。教師根據(jù)學(xué)習(xí)者所掌握知識(shí)情況，為其設(shè)置問(wèn)題，所設(shè)置問(wèn)題的難易程度是使學(xué)習(xí)者在現(xiàn)有掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上，略有擴(kuò)展，便可解決。在通過(guò)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)中，使學(xué)習(xí)者真正的感受到了所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性，從而極大的激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)者由傳統(tǒng)課堂上被動(dòng)的聽(tīng)，變成現(xiàn)在主動(dòng)的學(xué)，獲得了較好的學(xué)習(xí)效果。

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