PBL教學(xué)法在電工學(xué)課程的應(yīng)用

何志苠　范小蘭　蘇圣超

【摘要】時(shí)序邏輯電路是電工學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容。對(duì)于時(shí)序邏輯電路的分析和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，學(xué)生通常難以理解。PBL教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生采用小組的形式自主學(xué)習(xí)，能夠有效地提高學(xué)習(xí)效果。本文總結(jié)了PBL教學(xué)法在電工學(xué)課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施步驟，在教學(xué)效果上得到了有效提高，為電工學(xué)類課程的教學(xué)改革提供參考。

【關(guān)鍵詞】電工學(xué)? PBL教學(xué)法? 時(shí)序邏輯電路

【Abstract】Sequential logic circuit is an important content in Electrotechnics Teaching. It is difficult for students to understand the analysis and state transition of sequential logic circuits. PBL teaching method emphasizes students' active learning. Under the guidance of teachers， students can learn independently in groups， which can effectively improve the learning effect. This paper summarizes the teaching design and implementation steps of PBL teaching method in the course of electrotechnics. The teaching effect has been effectively improved， which provides a reference for the teaching reform of Electrotechnics courses.

【Keywords】electrotechnics; PBL teaching method; sequential logic circuit

【基金項(xiàng)目】2019年度上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目“電工技術(shù)”（S201924001）;2019年度上海工程技術(shù)大學(xué)金課培育計(jì)劃項(xiàng)目“電工技術(shù)”（G201924001）。

【中圖分類號(hào)】G426 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）08-0096-02

一、引言

PBL是Problem-Based Learning的簡(jiǎn)稱，因此，PBL教學(xué)法又稱為基于問(wèn)題的教學(xué)法或者問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法。這種教學(xué)方法在1969 年由美國(guó)的神經(jīng)病學(xué)教授 Barrows 在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)，20世紀(jì)80年代，PBL教學(xué)法在北美獲得了快速發(fā)展，并逐步完善形成了一套科學(xué)、成熟的教學(xué)模式，受到北美、歐洲和亞洲的很多知名大學(xué)的接受和采用。2000年前后，我國(guó)高等教育院校和中高級(jí)職業(yè)教育院校開(kāi)始不同程度地引入PBL教學(xué)模式。目前PBL教學(xué)法的影響力不斷擴(kuò)大，在我國(guó)呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢(shì)。除醫(yī)學(xué)教育外PBL教學(xué)也擴(kuò)展到生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、工程教育、商業(yè)教育、社會(huì)工作教育等多學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)中。

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法是一種以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方法。與傳統(tǒng)的以教師為中心的講授法不同，PBL強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生采用小組討論的形式，圍繞問(wèn)題收集資料、解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新思考能力[1]。

在PBL教學(xué)法的使用過(guò)程中，教師根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)教學(xué)資源，不僅對(duì)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的理解具有積極作用，而且教學(xué)資源難易兼顧，既有基礎(chǔ)知識(shí)，也有拓展知識(shí)，既能支持自主獨(dú)立、循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，也能支持自主探究學(xué)習(xí)。

電工學(xué)課程是學(xué)生在理論性很強(qiáng)的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理之后，進(jìn)入各專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)課之前必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于工程應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。因此，電工學(xué)承擔(dān)了幫助學(xué)生搭建從理論到工程應(yīng)用之間的橋梁作用[2]。本課程的知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋面廣，傳統(tǒng)的講授法滿堂灌，教學(xué)效果通常不好。

筆者在電工學(xué)（下）的時(shí)序邏輯電路教學(xué)內(nèi)容中，使用PBL教學(xué)法，教師在講授基本知識(shí)點(diǎn)后，布置學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生組隊(duì)研究任務(wù)要求、收集資料、解決問(wèn)題、展示方案、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)疑并互相評(píng)價(jià)，獲得了良好的教學(xué)效果。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

時(shí)序邏輯電路是電工學(xué)課程中的傳統(tǒng)難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)于輸入輸出的邏輯關(guān)系容易理解，但對(duì)于時(shí)鐘控制端的作用難以認(rèn)識(shí)。以前在課堂上用靜態(tài)的圖形課件，往往是老師怎么講學(xué)生也不明白，就算會(huì)做題也不一定真正形成動(dòng)態(tài)的觀念。本學(xué)期由于眾所周知的“新冠”疫情，師生無(wú)法面對(duì)面交流，要把這個(gè)內(nèi)容講通講透就更難了。

因此教學(xué)的首要任務(wù)是要讓學(xué)生明確教學(xué)目標(biāo)，把教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)和整合。確保線上教學(xué)的第一個(gè)環(huán)節(jié)——教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，能夠準(zhǔn)確傳遞。

為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的綜合能力，筆者在時(shí)序邏輯電路開(kāi)始之前，安排學(xué)生完成一些視頻講解展示作業(yè)。作為互聯(lián)網(wǎng)的原住民，學(xué)生非常擅長(zhǎng)使用各種圖形圖像處理軟件，在展示講解的過(guò)程中，也能促進(jìn)他們對(duì)已有知識(shí)的梳理和查漏補(bǔ)缺。根據(jù)布魯姆的認(rèn)知模型，分析和評(píng)價(jià)都屬于高階能力，在自我展示和對(duì)他人展示的評(píng)價(jià)中，也鍛煉了學(xué)生的高階能力。

因此，在時(shí)序邏輯電路的教學(xué)中，筆者采用了PBL教學(xué)法。教師在PBL教學(xué)法的使用過(guò)程中，要擔(dān)任好教練和陪練的工作，才能促使學(xué)生獨(dú)立主動(dòng)地展開(kāi)學(xué)習(xí)。筆者弱化了講授者的角色，在完成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路分析方法和寄存器、計(jì)數(shù)器的基本知識(shí)點(diǎn)講授后，沒(méi)有進(jìn)行更多的習(xí)題講解。教師主要承擔(dān)引路人的角色，在布置任務(wù)之后，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)組隊(duì)的形式，開(kāi)展討論學(xué)習(xí)，同時(shí)做好監(jiān)督者，在學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候及時(shí)糾正和指導(dǎo)[3]。

針對(duì)學(xué)生難以理解時(shí)序電路的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程這一問(wèn)題，筆者在講解知識(shí)點(diǎn)時(shí)，結(jié)合硬禾小幫手、multisim等仿真軟件，讓學(xué)生一邊學(xué)一邊做。硬禾小幫手是蘇州硬禾信息科技有限公司提供的一款免費(fèi)微信小程序，同時(shí)有網(wǎng)頁(yè)版提供，不需要安裝任何程序，學(xué)生可以很方便地使用。仿真電路可以用鏈接、文本、圖片形式導(dǎo)出，學(xué)生在仿真過(guò)程中遇到問(wèn)題，也能夠很方便地獲得老師的幫助。硬禾小幫手在電路運(yùn)行時(shí)，使用動(dòng)畫形式展現(xiàn)電流的流動(dòng)、不同顏色顯示電壓的高低，非常有效地幫助學(xué)生理解電路的運(yùn)行情況。

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和疫情下的特殊教學(xué)條件，筆者將教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)為內(nèi)容導(dǎo)入、問(wèn)題提出及任務(wù)布置、基本知識(shí)點(diǎn)講授、仿真學(xué)習(xí)、組內(nèi)討論、組間展示及評(píng)價(jià)六個(gè)階段。

三、教學(xué)過(guò)程

1.內(nèi)容導(dǎo)入階段

教師向?qū)W生明確時(shí)序邏輯電路的教學(xué)目標(biāo)，能說(shuō)出時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路的區(qū)別，能闡述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯功能，能實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換，能說(shuō)出時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路分析方法的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，能說(shuō)明二進(jìn)制/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能和邏輯功能轉(zhuǎn)換，能說(shuō)明十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能和邏輯功能轉(zhuǎn)換，會(huì)使用反饋法設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)分析和仿真解決時(shí)序邏輯電路問(wèn)題的能力，綜合應(yīng)用時(shí)序邏輯電路的分析方法解決PBL小組問(wèn)題。

學(xué)習(xí)方法是結(jié)合學(xué)習(xí)通知識(shí)點(diǎn)視頻或教師推送的講解視頻、PPT、電子教材預(yù)習(xí)、釘釘直播學(xué)習(xí)、有針對(duì)性的課后模擬練習(xí)，自行整理思維導(dǎo)圖筆記，討論區(qū)發(fā)布PBL任務(wù)的問(wèn)題、回答其他組的問(wèn)題并相互討論。

2.問(wèn)題提出和任務(wù)布置階段

教師說(shuō)明PBL的組隊(duì)方法和任務(wù)要求。由于本次教學(xué)班級(jí)超過(guò)120人，在PBL完成過(guò)程中需要大量的指導(dǎo)工作，教師的精力與時(shí)間有限，因此按照每組6～8人組隊(duì)。如果教學(xué)班級(jí)小一些，每組人數(shù)可以適當(dāng)減小，能夠獲得更好的教學(xué)效果。由組長(zhǎng)在學(xué)習(xí)通討論區(qū)發(fā)帖，說(shuō)明組名、組長(zhǎng)、成員。在共同討論完成第七章作業(yè)的過(guò)程中，需要在自己小組的帖子里回復(fù)至少五個(gè)與時(shí)序邏輯電路有關(guān)的提問(wèn)，同時(shí)需要至少回復(fù)5個(gè)其他小組帖子中的問(wèn)題。

每組從第七章作業(yè)中至少選擇1題，錄制微視頻，這道題的分?jǐn)?shù)作為PBL分組任務(wù)的分?jǐn)?shù)最大值。在PBL任務(wù)最后一次課安排討論，由教師在每個(gè)小組中抽取一個(gè)同學(xué)代表小組回答問(wèn)題，其評(píng)分結(jié)果為小組討論課成績(jī)。教師在PBL過(guò)程中，督促和觀察各小組成員的表現(xiàn)，通過(guò)組長(zhǎng)和先進(jìn)同學(xué)，帶動(dòng)組內(nèi)其他成員，以同伴學(xué)習(xí)的方式達(dá)到更好的教學(xué)效果。

3.基本知識(shí)點(diǎn)講授階段

以提前錄制好的知識(shí)點(diǎn)講解視頻為主，直播答疑為輔，答疑主要針對(duì)學(xué)生PBL完成過(guò)程中在學(xué)習(xí)通內(nèi)發(fā)布的問(wèn)題和討論情況。

4.仿真實(shí)操

教師在直播時(shí)提出要求，通過(guò)學(xué)習(xí)通發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過(guò)硬禾小幫手或Multisim仿真軟件，進(jìn)行電路仿真實(shí)操，截屏或錄屏限時(shí)提交。

5.組內(nèi)討論

學(xué)生通過(guò)超星泛雅平臺(tái)的PBL項(xiàng)目討論區(qū)，開(kāi)展小組內(nèi)部討論，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。由組長(zhǎng)將任務(wù)細(xì)化，將討論區(qū)提問(wèn)、回答、習(xí)題講解、視頻制作等任務(wù)分配給組員，大家共同完成，培養(yǎng)組長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)能力和組員的團(tuán)體協(xié)作能力。最后由組長(zhǎng)提交包含習(xí)題解答、電路仿真、視頻講解的項(xiàng)目研究報(bào)告，教師審核后開(kāi)放給各組所有學(xué)生觀看。

6.組間展示及評(píng)價(jià)

教師通過(guò)最后一次討論課，節(jié)選部分精彩講解視頻向全班展示。教師直播聯(lián)線抽選小組成員提問(wèn)，組內(nèi)成員可以進(jìn)行補(bǔ)充。討論課結(jié)束后，教師和學(xué)生在PBL項(xiàng)目中，對(duì)小組內(nèi)成員及其他小組評(píng)分，培養(yǎng)學(xué)生正確評(píng)價(jià)他人的高階能力。

四、教學(xué)效果及思考

通常情況下學(xué)生對(duì)時(shí)序邏輯電路的掌握情況都比組合邏輯電路要差很多，但是在本次授課結(jié)束后的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度調(diào)查中，學(xué)生對(duì)“設(shè)計(jì)常用組合邏輯電路的達(dá)成度”選擇“較好”的占66.31%，對(duì)“分析時(shí)序邏輯電路的達(dá)成度”選擇“較好”的占74.74%?？梢钥闯?，本學(xué)期在《電工學(xué)（下）》的時(shí)序邏輯電路部分進(jìn)行PBL教學(xué)法，結(jié)合仿真實(shí)操，克服了疫情期間師生無(wú)法面對(duì)面交流的障礙，學(xué)生的課堂參與度和教學(xué)效果均有提升。

PBL教學(xué)法在疫情期間顯示出了良好的效果，在今后的線下教學(xué)中也可以使用，開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。但是PBL教學(xué)過(guò)程中，教師和學(xué)生雙方都需要投入大量的時(shí)間和精力，因此不適合對(duì)所有教學(xué)內(nèi)容都使用，筆者認(rèn)為，一個(gè)學(xué)期只適合安排一個(gè)教學(xué)內(nèi)容使用此方法。

教師是實(shí)施 PBL教學(xué)法的倡導(dǎo)者、設(shè)計(jì)者和具體執(zhí)行者，學(xué)生的主體性需要在教師的指導(dǎo)下逐步培養(yǎng)和發(fā)展。因此，教師運(yùn)用新教學(xué)方法的心理準(zhǔn)備、對(duì)問(wèn)題的選擇與設(shè)計(jì)、對(duì)教學(xué)資源的準(zhǔn)備、調(diào)控課程教學(xué)的能力決定著教學(xué)方法的實(shí)施效果。問(wèn)題創(chuàng)設(shè)與選擇 PBL教學(xué)法是以能力提高為核心的教學(xué)方式，牽涉到理智探索、認(rèn)知策略和情感領(lǐng)域等。因此在課程中應(yīng)用此方法，對(duì)教師的要求比其他教法要更高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊正瓴，林孔元，劉正光，王月琴，王萍.電工學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的一些例子[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2002（2）：96-98.

[3]薛英娟.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016（6）：145-148.

作者簡(jiǎn)介：

何志苠（1978年-），女，湖北武漢人，工學(xué)碩士，講師，主要從事電工學(xué)教學(xué)。

范小蘭（1968年-），女，山西太原人，工學(xué)碩士，副教授，主要從事電工學(xué)教學(xué)。

蘇圣超（1979年-），男，江蘇南通人，工學(xué)博士，副教授，主要從事電工學(xué)教學(xué)。