問題導向教學法在《數(shù)字電子技術》課程中的應用研究

譚文群，樊飛燕，鄒寶娟，包學才，張志鵬

(1.南昌工程學院 信息工程學院，江西 南昌；2.南昌工程學院 江西省水信息協(xié)同感知與智能處理重點實驗室，江西 南昌)

一 引言

《數(shù)字電子技術》是應用型本科高校通信工程專業(yè)的骨干課程，是我校第二批重點建設課程，理論性和實踐性較強，在2020年疫情期間，被江西省教育廳評為線上優(yōu)質(zhì)課程，近年來，團隊成員主持或參與校級以上教改課題6項，發(fā)表教學研究論文4篇，2020年，獲批1項以數(shù)字電子技術課程為基礎的省級教改課題：基于問題導向教學法的《數(shù)字電子技術》教學改革與實踐研究。

以前《數(shù)字電子技術》這門課程運用的是單向知識傳授的四段式教學方法，即“預習、聽課、復習、考試”，師生互動不夠，學習興趣和積極性不高。老師不停地灌輸知識，使得學生獨立分析問題、獨立解決問題的能力不能有效得到鍛煉，當然也就沒有好的學習效果。

問題導向教學法（Problems-Based Learning，簡稱：PBL），在二十世紀六、七十年代，美國和蘇聯(lián)開始創(chuàng)立這種教學方法[1]，該方法最早運用于醫(yī)學教學領域，先后在60多所醫(yī)科院校中推廣、改正。近年來，問題導向教學法被應用到越來越多院校的學科專業(yè)教學中，并取得了較好的效果。我國某些院校（如上海第二醫(yī)科大學、暨南大學、第四軍醫(yī)大學等）有關PBL教學法的研究，它們有的在醫(yī)學基礎課、有的在臨床實踐課中都獲得了不錯的成績。這些高校研究的共同之處：一是改變了灌輸式、填鴨式、被動式的授課方法[1]，將復雜且有意義的問題植入學習課堂中，訓練學生的邏輯思維能力與分析解決問題的能力。二是相關的應用研究基本上是針對醫(yī)學學科教學領域，而對工程學科的理論和實踐教學應用研究較少，且收效甚微。

本課題擬在應用型本科通信工程專業(yè)《數(shù)字電子技術》課堂教學過程中，引入問題導向教學法進行課程教學改革和實踐研究，將有意義的有興趣的復雜問題植入教學課堂，采用“學生積極參與、探索創(chuàng)新、合作共贏”的以學定教的教學方式[2]。

二 教學改革的總體思路

PBL強調(diào)學生主動參與學習，以電子通信學科不同問題為學習的起點，將有意義的有興趣的復雜問題植入課堂[3]。通過分析課程目標，優(yōu)化教學內(nèi)容，使得同學通過各種途徑找到解決問題的方法。在分析問題和解決問題過程中，學生融入團隊，積極協(xié)作，各自探討，尋求隱含在問題深處的科學道理，培養(yǎng)了學生積極主動學習的能力，創(chuàng)新思維能力得到了鍛煉。老師扮演的角色是：問題的提出者、課程的設計者以及結果的評估者[3-4]。

《數(shù)字電子技術》具有系統(tǒng)的理論性和較強的實踐性，具有一定的抽象性。包括我校在內(nèi)的諸多應用型本科高?！稊?shù)字電子技術》的課時少，內(nèi)容多，上課進度快，學生感覺吃力，最終放棄學習；還有部分學生對此門課程不感興趣，為了考試而學習，對知識點只是簡單機械的記憶。這些都嚴重阻礙了學生的自我學習能力，學生學習效果較差，達不到課程預期的培養(yǎng)目標。

基于《數(shù)字電子技術》的課程特點及我校學生的學習現(xiàn)狀，課題組嘗試將PBL教學法應用到我?！稊?shù)字電子技術》的教學中，將64理論學時的授課方式做一些調(diào)整，原來64學時全部采用PPT+板書的形式授課，現(xiàn)在采用PPT+板書+PBL的混合式授課，即48（課本中涉及到基礎知識、原理部分章節(jié)，采用PPT+板書的形式授課）+16（課本中涉及到分析、設計部分的章節(jié)，采用PPT+板書+PBL的形式授課），意義在于以問題導向教學為中心、以學生為主體、以教師為主導，激發(fā)了學生的主動性和積極性，考察學生組織協(xié)調(diào)能力和團隊合作意識，可以從根本上解決我校數(shù)字電子技術課程教學存在的問題。

三 教學建設內(nèi)容

（1）研究在《數(shù)字電子技術》中適用PBL教學法的教學內(nèi)容：首先根據(jù)教學大綱制定新的授課計劃和編寫與之對應的教案，其次針對適用PBL教學法的教學內(nèi)容，編制行之有效的實際問題庫。課題組已編制30個各類問題，目前還在不斷完善中。研究影響PBL教學法實施效果的重要因素。

（2）在電子信息類本科生教學班進行PBL教學法的教學改革教育實驗，課程授課學時全部完成后，設計問卷調(diào)查表并分析統(tǒng)計，表格包含以下內(nèi)容：學生對PBL教學法認可度、對《數(shù)字電子技術》滿意度、PBL教學法效果的定性結論以及對本課程的期望值等，融入過程環(huán)節(jié)評估和結果環(huán)節(jié)評估的定量考核[4]，通過教育實驗來評估教學改革的效果和使用價值。

（3）科學合理的評價是促進學生學習的重要手段。PBL教學法是強調(diào)學生的參與性與師生的互動性，以學生的主動學習為教學的中心，以專業(yè)領域內(nèi)各種問題為學習起點，老師在此過程負責提出問題、設計課程和評價結果。通過對實驗班的期末成績分析、試卷分析、問卷調(diào)查表的統(tǒng)計分析及學生的學習效果反映，歸納和總結該質(zhì)量評價體系。

四 教學活動程序設計

問題導向教學法搭建了一個上課老師、小團隊和學生個人組成的多元化評價主體框架，設計課前、課中和課后三段法，收集各個小組內(nèi)部評價和小組與小組之間評價的評議結論，整理各種評價數(shù)據(jù)、分析處理信息、總結歸納評價結果，并及時準確地給學生反饋，督促學生重新規(guī)劃學習方法、創(chuàng)造學生主動學習熱愛學習的氛圍、從而提高學習效果，促使學生持續(xù)改進[5-6]。PBL教學法的教學環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 PBL教學法的教學環(huán)節(jié)圖

（1）分組：教師通過對實驗班學生專業(yè)基礎及學習任務需求的分析，對學生進行分組。

例如：在我校2020-2021-2學期，數(shù)字電子技術課程講授時，根據(jù)授課計劃中針對適用PBL教學法的教學內(nèi)容，教師對2019級通信工程專業(yè)2班40名學生分成10組，即每組4名學生。

（2）提出問題：教師準備資源，以學定教。教師課前將《數(shù)字電子技術》中的概念、原理和設計方法，從學生的角度出發(fā)，考慮其學習興趣和熱情，精心設計問題。

例如：在講授“組合邏輯電路設計”這一小節(jié)時，課前就將電路設計的問題發(fā)布給了5個小組，并簡單講述了電路設計時注意的事項：將題目描述的邏輯命題轉換成真值表、根據(jù)真值表寫出邏輯表達式并化簡輸出邏輯函數(shù)表達式、根據(jù)化簡結果及選定的邏輯門電路，最后畫出邏輯電路圖。

（3）分析問題：學生通過與教師的溝通明確問題解決的目標，理解基本概念并現(xiàn)場發(fā)表自己的看法，師生共同探討，也可質(zhì)疑問答。

（4）多角度、深層次探討：教師發(fā)布討論、隨堂測試以及實時反饋點評；各個小組成員之間基于問題的基本原理和技術進行激烈討論，分析處理信息并判斷其可靠性，然后評價自己與他人的信息[7]，從而生成新的解決問題的方案。

（5）內(nèi)容匯報：各小團隊可制作PPT課件、依托仿真軟件、撰寫報告及小論文等各種形式，匯報本小組完成過程及取得的結論；老師實時進行點評。

（6）評價反思：教師回顧總結，答疑解惑；各小組之間進行評價，反思解決問題的過程，并加深對知識的了解。

（7）課后練習，鞏固拓展。課后教師發(fā)布練習，布置拓展內(nèi)容；學生提交個人練習，參與討論。

在數(shù)字電子技術課堂教學活動中，引入PBL教學模式，考察了學生組織協(xié)調(diào)能力和團隊合作意識，體現(xiàn)了“以問題為主線，以教師為主導，以學生為主體”的新建本科院校的教育理念。促進教師角色的轉變，老師在此過程負責提出問題、設計課程和評價結果。確立了學生主體地位，老師將問題植入課堂，將授課、討論、匯報、評價反思、練習等多種形勢相互融合，使學生主動學習熱愛學習，分析解決問題的能力和邏輯思維創(chuàng)新能力得到了訓練[4,8]。

例如：在課堂上通過PPT課件、依托仿真軟件不能解決的問題，教師把學生帶到實驗室通過動手做實驗來驗證或解決。但有些實驗室設備老化，基本上只能開設傳統(tǒng)單一性實驗、實驗人員缺乏，只能開設演示驗證性的實驗，學生毫無興趣做實驗，教學效果很不理想。如：信號分解與合成實驗合成效果不夠好，分解的諧波次數(shù)不夠高，且信號分解的頻率固定，教師就啟發(fā)學生擬考慮用數(shù)字的方法實現(xiàn)以改善上述缺點。于是小組學生立即著手查資料、制定方案、畫電路圖、編程序、用軟件仿真、做實物，不斷調(diào)試不斷修改，不斷請教老師不斷談論，最后自制了一套設備——信號分解合成數(shù)字化及FIR二次開發(fā)實驗裝置，此實驗裝置能進行400Hz、500Hz、600Hz方波信號的分解及合成；信號分解實驗能分解1-7次諧波及8次及以上的諧波；FIR濾波器二次開發(fā)實驗能結合matlab的程序進行濾波器的設計，matlab設計好的參數(shù)能夠下載到DSP中運行。鍛煉了學生的動手能力和科研創(chuàng)新能力，提高了學習興趣，獲得了學校的獎勵。

五 結語

通過研究PBL教學法在《數(shù)字電子技術》教學中的適用性和教學效果，可推動高等院校對教學方式和教學理念的轉變，同時還可以為其他學科開展教學改革提供有益的借鑒。每年有三百多名學生可從中直接受益，提高了學生主動學習熱愛學習的良好習慣，激發(fā)了學生的學習熱情和學習原動力[4,9]，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。課題實施階段的主要試點班級為南昌工程學院通信工程或電子信息工程等相關專業(yè)2018-2020級本科生行政班級。之后可在全省乃至全國應用型本科院校通信工程等相關專業(yè)中推廣應用，也可為其他課程的教學改革與實踐研究提供有益借鑒。