PBL教学在微机原理与接口技术课程中的应用研究

【摘 要】针对工科学生创新能力较差的问题，在分析微机原理与接口技术课程特点及教学状况的基础上，提出将PBL教学模式引入微机原理与接口技术课程的教学中。

【关键词】PBL 微机原理与接口技术 自主学习 建构主义

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）06C-0140-03

微机原理与接口技术课程是通信、电子、信息工程、自动化及相关专业的基础课程。该课程的任务是，通过本课程的学习，学生从应用的角度出发，掌握微型计算机的基本组成、工作原理、汇编语言程序设计、接口电路及硬件的连接，建立系统的整体概念，最终具有微机应用系统软、硬件开发的初步能力，以及分析解决实际问题的能力和创新意识。由于该课程涉及计算机的基本工作原理、系统组成、接口技术及基本应用等，而计算机中各部件都集中于芯片内部，看不见、摸不着，其工作原理更难于把握，因此该门课程的教与学均具有一定难度。在传统的“一支粉笔+一块黑板+一张嘴”的教学中，教师往往是讲课的主导者，而学生则是被动的听讲者。研究表明，这种教学模式既不符合微机原理与接口技术课程的教学特点，也不符合当代学生的认知规律，教师经常反映学生上课不爱听讲，学生则普遍认为知识点多、概念抽象、课堂枯燥等，这极大地束缚了学生的创新思维及自主学习能力的培养。笔者尝试在教授微机原理与接口技术课时，将基于问题（Problem-Based-Learning，简称PBL）的教学理念及教学方法应用到教学中，有效地使教师和学生的角色发生转变，极大地引发学生的求知欲望，发挥其主观能动性，让学生真正明确学习的任务及方法，从而提高学生的创造性思维和解决问题的能力，实现素质教育的目标。

一、PBL教学概述

基于问题的学习是在建构主义理论指导下的以学习者为中心的一种教学模式，该教学模式是1969年由美国神经病学教授Howard Barrows在加拿大的麦克玛斯特大学医学院首先试行的一种新的教学模式。建构主义认为，学习者是学习过程中的主体性，学习不再是教育者将外在于个体的客观知识经验传递给学习者，而是学习者在先前的学习经验基础之上建构对新信息的理解。在这一过程中，教师常常需要将知识进行分解，并创设问题的环境，再一步步引导学生解决问题，最后进行问题总结。该教学模式是以指导学生自主学习为着力点，以问题为主线，组织学生课堂教学，通过教师创设问题情境，激励引导解决问题，指导学生自主、合作、探究的学习过程。与传统教学相比，基于问题的教学是以创新能力培养为导向；以学生课前预习并课上讨论代替教师单方面地讲授，以课堂中学生为主体代替传统教学中教师为主体，以“创设问题―引导解决―迁移问题―评价总结”四个阶段教学代替“组织教学―复习旧课―讲授新课―巩固新课”的传统模式。教师按照教学要求组织教学内容，即将学习设置到有意义的、有启发性的问题情景中，学生通过合作解决实际问题，并思考隐含于问题背后的科学知识，从而形成解决问题的技能及自主学习的能力，从而最大限度地训练学生搜集资料获取有效信息的能力，培养其科学和创新思维，提高分析和解决问题的能力，并提高学生的团队合作能力，以及查找和使用合适的学习资源的能力。

探讨PBL教学的文章与著作颇多，有以教为主的模式、以学为主的模式、以传授系统学科知识为中心的模式及以问题为中心的模式。本文结合微机原理与接口技术课程的特点，主要探讨以问题为核心的授课模式，该模式将教学内容用支架的方式分解为一系列的子问题，并将该思路贯穿于每个教学环节，即将基于PBL教学概括为下面四个过程：创设问题―引导解决―迁移问题―评价总结。

（一）创设问题情境。基于PBL教学的核心思想是不断地激发学生对问题的探讨，其核心问题是创设问题情境，即老师分解知识点，并通过生活的问题引出新知识，采用引导并提问的方式，不断地激发学生去探索、思考，从而达到认知的目的；学习者则围绕老师创设的问题不断进行探索、思考，最后达到学习的目的，因此，创设问题情境是激发学生学习兴趣、培养学生善于思维、学会学习能力的有益尝试，问题设计的好坏直接关系到PBL 教学过程的成败，它将学习者引入到真实的问题环境。好的问题环境是新颖、可行、开放的情境教学环境，能让学生在情境中思考、探索、合作，养成主动学习的习惯，以达到师生之间的互动。问题环境要求具有真实性，即贴近学习者的生活，从而能够在学习者的经验世界中产生共鸣，一般采用多媒体环境，从学生最熟悉、最能引起共鸣的生活实例出发，引出微机原理与接口技术中的基本知识点，唤起学生对要学知识的兴趣，并具有初步的微机世界认识实际经验，然后通过多种媒体的视觉、听觉效果刺激，步步深入主题，并进一步延伸。

（二）引导解决问题。以学生为中心的教学模式并不是不强调教师的指导作用，当学生在教师创设的环境中自主学习时，教师能及时对学生的学习给予必要的指导，则不仅可以减少错误，而且可以增加学习的迁移。PBL教学要求学习者自己决定解决问题的策略，但由于学习资源较多，教师在知识筛选、组织、传递等方面的指导作用特别重要。因此，在PBL教学模式中，教师将由讲台上的“主导者”转变为知识海洋中的“导航者”，在学习者学习过程中，教师需要在关键点上对学生进行提示、启发和引导，使学生较快进入角色和状态，并使之朝着有利于知识建构的方向发展。启发及引导的方法包括：提出合适的问题以激起学生的思考及讨论；在讨论中想方设法将问题进一步引向深入，从而加深学生对所学内容更深层的理解；循序渐进引导学生自己去发现规律，自己去纠正错误或补充片面的认识，等等。教师为学生的探索活动提供必要的信息上、工具上、方法上的支持，PBL教学效率将更高。

（三）迁移问题。实践表明，一切有意义的学习都是在原有认知结构的基础上产生的，而不受原有认知结构影响的有意义学习是不存在的。知识迁移是以认知结构为中介进行的，一般情况下，先前学习所获得的新经验，并不直接与后继学习发生相互作用，而是通过影响原有认知结构的有关特征间接地影响新学习。实践表明，知识迁移是提高和进一步升华学习的必要条件，因此，学习与迁移不可分割。学生的概括水平和分析能力是在知识的学习或不断迁移的过程中形成发展起来的。学生通过分析解决我们精心设计的迁移问题，将刚学到的知识、技能以及经验迁移到其他更复杂、更深层次的问题当中去是我们的教学目标。

（四）评价总结。评价总结，是问题形成结论的最后阶段，也是问题解决的高潮部分。为了进一步升华所学到的知识，学习者要有意识地反思、评价问题解决的过程，即应该回过头来想想“对于这个问题当时怎么想到这样解决的策略或方法”，“这个问题还有几种方法解决，每种方法的优缺点”，“从解决这个问题过程中，自己学到了什么”以及“这个问题与以前所遇到的问题的共同点与不同点”，这一思考的过程即是评价总结的过程，其可以帮助学生概括并理解新知识的应用情境，从而提升在新的环境解决问题的能力。学习者在解决所有问题后，分析解决问题过程中的成功与失误，是形成创造性思维的重要阶段，同时，它又能给出新的问题情境。评价总结的形式包括教师评价、自我评价和同伴评价。评价的内容包括自我学习能力、问题解决能力、变通能力、成员合作能力等。

二、PBL教学在课程中的应用

针对微机原理的基本原理及芯片知识点多、知识面广及大量枯燥难懂的硬件问题，我们对不同的知识点设计了不同的背景知识引出，并要求学生事前自由组合建立学习小组进行讨论，然后通过对各小组的方法进行总结分析，得出适当的结论，从而使学生加深了对相关理论的理解及芯片应用的认知。例如，在给学生讲8255可编程并行I/O接口芯片时，一般老师先讲芯片，然后做实验进行验证，在整个教学过程中，学生被大量难以理解的概念、陌生的初始化字及复杂的结构所弄得晕头转向，教学中无法激起学生兴趣，学生感觉难学，老师感觉难教。我们采用PBL教学方法来讨论该接口芯片，步骤如下：

（一）创设问题情境。从与学生日常生活息息相关的交通灯控制系统引出CPU与外设连接的中间接口电路――8255可编程并行I/O接口。该接口作为主机与外设连接的芯片，不仅具备与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口，同时有与外设相连的3个接口，即A口、B口、C口。又由于该接口可编程，因此其具有逻辑控制部分，这样8255的内部结构包括三部分：控制部分、与CPU连接的部分及与外设连接部分。在对该芯片简单介绍后，要求学生设计“交通灯控制系统”，该系统完成南北、东西方向十字路口的红绿灯控制，要求实现如下功能：初始时四个路口的红灯全亮，之后，南、北路口的绿灯亮，东、西路口的红灯亮，南、北路口方向通车；延时一段时间后，南、北路口的绿灯熄灭，而南、北路口的黄灯开始闪烁，闪烁若干次以后，南、北路口红灯亮，而同时东、西路口的绿灯亮，东、西路口方向通车；延时一段时间后，东、西路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁，闪烁若干次以后，再切换到南、北路口方向，之后重复上述过程。要求学生5人一组，通过查资料、组内讨论等形式，最后形成解决问题的方案。

（二）引导解决问题。在8255芯片接口的学习中，引导学生根据数据的流向，理解8255芯片如何通过控制器完成CPU与外部设备之间的数据传递过程。既要从 CPU 的角度出发，分析数据如何在 CPU 和接口之间进行交互，又要从外设的角度出发，分析外设和接口之间的数据交换过程。只有站在这两种高度，同时审视8255芯片的工作过程，学生才能更深入地理解该接口芯片是主机和外设之间的链接芯片，同时才能全面理解数据的输入/输出过程。

（三）迁移问题设计。在前面问题的基础上，我们提出让学生设计“具有倒计时功能的交通灯控制系统”，同时引导学生尝试用不同方案来完成这任务，比如延时部分可以是硬件延时，也可以是软件延时；数码管可以用双数码管，也可用单个数码管，等等。学生需要调整自己的认识，将已有的知识进行资源重组并延伸才能生成解决方案。

（四）评价总结。在基于PBL的课堂教学中，很多同学以为找到了问题的答案，知识就掌握了，并且问题就解决了，因而，教学和学习的过程也就结束了，不重视归纳、总结，更不善于举一反三及灵活地从问题的发现过程中找出解决问题的规律。我们认为，最重要的知识是关于解决问题方法的知识。在问题解决后，我们点评问题解决的各种不同方案，总结好的方案，对次之的方案提出改进意见。教学实践表明，评价总结在PBL教学中有着举足轻重的作用，对于学生而言是提高分析能力，提升思维能力、培养创新能力及自主学习能力的重要策略；对教师而言则是迈上自我认识、自我改造、自我教育的专业发展道路。

三、结束语

PBL教学模式是一种以学习者为中心、以问题为核心的全新学习模式和教学模式，与传统教学模式相比，PBL 教学更强调学生的知识构建，是教师引导下的真正意义上的主动学习，其有助于培养学生创造性思维，并提升其解决问题的能力。PBL教学模式的实施，不仅极大地增强了学生的主动性、积极性，提高了学生的独创性，培养了他们的人际交往能力、团队合作精神及综合素质，同时也提升了学生的创新能力及信息搜索能力。实践证明，这样的教学改革是受学生欢迎的，收到了很好的教学效果。在微机原理与接口技术课程实施PBL教学后，听到了有学生说越来越喜欢上这门课了，很多学生不再认为该门课程枯燥无味，相反，他们课前主动预习，课后积极查资料，真正做到自主学习。

【参考文献】

[1]田辉，徐惠民.“微机原理与接口技术”课程体系与内容探讨[J].中国大学教学，2010（4）

[2]郑学坚.微型计算机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2007：421-422

[3]朱金娥，孙官武.《微机原理与应用》教学探讨[J].湖北大学成人教育学院学报，2010（1）

[4]曹蕾，罗敏敏，毛晓鸿，等.数据库原理与应用”课程中的PBL教学初探[J]. 教育与教学研究，2007

[5]张.浅谈PBL教学的优势、难点及对策[J].中国职业技术教育，2012（20）

[6]罗生全，陆芳芳.建构主义学习论的教学转化[J].教育学术月刊，2013（4）

[7]张顺岚，莫建文，欧阳宁，等.基于问题的教学在信号与系统中的应用[J]. 桂林电子科技大学学报，2008（2）

[8]达・托尔普，萨拉・塞奇.基于问题的学习-让学习变得轻松而有趣[M].刘孝群、李小平译，北京：中国轻工业出版社，2004

[9]吴殿朝.PBL教学的价值分析[J].中国高校科技与产业化，2011（5）

[10]陈丽虹，周莉，吴清泉，等.PBL教学模式效果评价及思考[J].中国远程教育，2013（1）

[11]黄冰，覃伟年，黄知超.微机原理与接口技术[M].重庆：重庆出版社，2003

（责编 卢 雯）