PBL教学法在单片机应用技术课程中的应用

[摘 要]基于问题的学习方法在各学科的教学中得到了广泛的应用，本文对PBL教学法的理论基础、教学模式进行了总结，并以单片机应用技术课程为应用实例，探讨了PBL教学法的运用过程。PBL教学法改变了传统的以知识“灌输”为主的教学模式，变知识学习为探究学习，对学生的知识迁移起到了积极的促进作用，是教学改革的重大突破，具有重要的现实意义。

[关键词：PBL教学法；单片机应用技术；应用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.128

[中图分类号]G642；TP368.1-4 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）08-0-02

单片机应用技术课程是计算机专业必修的一门应用性很强的课程，主要讲述单片机的硬件及引脚特性、单片机的指令功能、编程步骤方法、模/数和数/模转换接口、设备接口及驱动程序、单片机典型技术等内容。单片机应用技术课程复杂难学，即使已经具备微机原理和汇编语言的基本知识，也会让人感到无从下手。传统的单片机应用技术课程都是通过课堂讲述、实验演示来传递知识点的，学生学习一个学期后，感觉还是没有获得很多的知识，考试前只能靠背诵书上的例题去套用，考完试后就忘得一干二净，并没有真正从这门课程中获得真正的知识和有效的技能。单片机应用技术课程是一门需要深入思考、反复推敲、不断实践、不断积累经验的课程。所以要想让学生真正获得知识和技能，就要改变传统的教学模式、改革教学的方式方法。

PBL教学法，即基于问题的学习法，能有效改变传统的教学模式，能够激发学生的学习兴趣，培养学生良好的学习习惯，锻炼学生的思考能力，培养学生的综合素质。从做中学，使学生体会到学习的乐趣，提高学生的满意度。单片机应用技术课程具有的实践性和操作性强以及其他特点，都适合使用PBL教学法进行教学。

1 PBL教学法的理论基础

1.1 认知学习理论

认知心理学认为，学习是有意义的学习，学习者不是被动的接受知识，而是主动探索研究的过程。布鲁纳学说认为：学习知识是根据已有知识获得新知识、将知识进行转化和处理信息来适应新问题的需要、评价和检验知识是否适用于问题的三个过程。PBL教学的一般过程正是根据认知学习理论的过程建立起来的，而且PBL教学过程强调主动学习、强调内在动机、强调学习过程，这都符合认知学习理论。

1.2 建构主义理论

建构主义认为，教学活动并不是以向学生灌输知识来进行知识传递的过程，而是有效引导学生，让学生主动对知识进行建构来达到知识迁移的过程。建构主义理论强调以学生为主体，教师引导的特性；强调学生积极主动探究学习，教师宏观调控的过程；强调创设真实情境的效果，让学生体会真实的社会生活和广泛的科学知识，拓宽视野。在建构理论的支持下，PBL教学法能充分发挥其积极主动作用，能真正有效引导学生获得知识和技能。

1.3 人本主义理论

以人为本是现代教育理论的重要组成部分，PBL教学过程充分体现了以人为本的教育理念，学生的基础参差不齐，对问题的理解能力和对知识点的掌握程度也不尽相同，教师会根据不同的情况进行因材施教，改变传统教学中一刀切的状况，会根据学生的好奇心理和实践需要及时调整教学策略，真正做到以学生为本，为学生服务。

2 PBL教学法的教学模式

众多的学者有着不同的观念，从不同的角度提出了PBL教学的多种模式，马斯特里赫提出了Seven-Step导向学习模式，包含了澄清术语、定义问题、分析问题、想法结构化、制定学习目标、研究和调查以及概要和解决方案等7个阶段，当完成7个阶段，问题仍不能解决时，需回到想法结构化进行循环。本杰明提出PBL教学过程包括界定问题、分析问题、形成假设、确定已知、确立所需资源、分析资源、收集新知识以及联结新旧知识8个阶段，若经过以上8个阶段问题仍未解决，或在解决问题的过程产生了新的问题，可以重新从界定问题开始循环。伊登斯提出了问题导向学习周期性PBL模式，主要包括问题发展阶段、问题探究阶段、问题方案验证阶段，在这三个阶段循环执行。从三种典型的PBL教学模式来看，其都是循环的模式，都是从问题出发，大致步骤基本相同，只是切入点和具体的步骤不同。

3 PBL教学法的应用实例

本文以恒温控制系统课程为例进行分析。

3.1 准备阶段

3.1.1 教学目标分析

掌握恒乜刂葡低持邢低辰峁骨榭觯掌握温度信号输入通道包含的内容，掌握执行信号通道设计，学会设计系统应用软件的方法。在学习知识内容的同时，要培养学生自主学习的能力、独立思考的习惯、沟通能力、分析问题和解决问题的能力。

3.1.2 问题情境设计

有一个孵化场，要孵化一批鸡雏，孵化过程中要求恒温器必须保持在38 ℃～39 ℃，采用电热恒温设计，温度控制精度在±0.5 ℃，电源为220 V交流电，温控范围在+3 ℃～+ 60℃之间，加热功率在200 W～700 W，容积在350 mm×350 mm×400 mm，请设计符合要求的恒温系统。

3.2 教学过程

3.2.1 提出问题

（1）设计微机控制系统结构，并画图表示。

（2）温度信号输入通道包含哪几部分内容？

（3）执行信号通道如何设计？

（4）系统应用软件的控制流程如何设计？

（5）对PID算法应如何改进才能符合设计要求？

3.2.2 分析问题

针对五个问题，逐一进行分析。

微机控制系统结构设计，使用1片MCS-51系列的8031单片机、1片2732A EPROM存储器、1片74LS373作地址锁存器、1片Inter8155作ROM和I/O扩展器。

温度信号输入通道包含温度传感器、运算放大器、A/D转换器三部分。

执行信号通道通过微机系统的8155PC5的输出信号经过光耦合器，直接控制可控硅门级，从而控制电热丝的平均加热功率。

系统应用软件的控制流程要注意温度信号的读入和处理。

对PID算法在偏差绝对值小于某一预定门限时，用标准PID算法。当偏差绝对值大于这一预定门限时，舍去积分项的运算，从而减少积分项的累积。

3.2.3 小组讨论

经过对问题要点的分析，小组成员针对问题提出自己的方案设计，组员之间互相讨论，评价优缺点，使方案达到优化。

3.2.4 查阅资料

学生根据问题和分析的要点，对教材、网络资料进行查阅，独立完成学习过程。

3.2.5 解决方案

根据以往的知识和探索的新知识，综合分析问题，形成自己的解决方案。

3.3 评价总结

3.3.1 成果说明

学生对自己的方案在组内进行阐述，并提出形成依据，以便大家进行交流，取长补短，对比自己的方案，进行借鉴。

3.3.2 评价总结

教师针对学生的方案进行综合评价，分析优缺点、错误成因，并给出建设性意见。总结本节课程重点和难点，给出问题的正确答案，对课程进行总结。

3.3.3 教学反思

针对本课程进行教学反思，从学习内容、教师作用、学生学习效果等几个反面进行，以便于积累经验，把PBL教学法发挥到极致。

4 结 语

PBL教学法是以认知学习理论、建构主义理论、人本主义理论为基础的，具有多种教学模式，虽然在各种教学模式中有细微的差别，但是主体都是一致的，是以问题为中心的主动构建过程。单片机应用技术课程的性质非常适合PBL教学法，所以在应用之后，取得了显著的教学效果，学生成绩明显提高，学习热情高涨，真正将知识转化成了技能，进行了有效的迁移。PBL教W法对教学起着重要的意义，正逐步向各学科铺开。

主要参考文献

[1]杨桂娟.基于问题式学习（PBL）在After Effects教学中的应用初探[J].教育教学论坛，2014（6）.

[2]马丽，戴心来.认知风格理论对研究性学习教学策略设计的影响[J].电化教育研究，2007（1）.

[3]丁晓蔚.基于问题的学习（PBL）实施模型述评[J].高等教育研究学报，2011（1）.

[4]王和鸾.PBL网络课程的教学交互平台的设计研究[D].金华：浙江师范大学，2013