“微机原理与接口技术”课程教学中的PBL教学法尝试

骆峰

摘 要 PBL教学法是基于问题的教学方法，针对学生认知的特点，尝试将 PBL 教学法灵活地应用于“微机原理与接口技术”课程内容和的教学中。文章阐述了在“微机原理与接口技术”教学中引入 PBL 教学法的意义和特点，并结合教学实例介绍了PBL教学中创建问题的原则和具体的实施步骤。结果表明：和传统的教学方法相比，PBL 教学法对提高教学效果和质量有着积极地推动作用。

关键词 PBL 微机原理与接口技术 课程教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.12.055

Abstract PBL teaching method is a problem-based teaching method， in view of the characteristics of the students cognition， we attempt to apply the PBL teaching method to the Principle of Microcomputer and Interface Technology teaching. In the paper， we expounded the significance and features of introducing the PBL teaching method to Principle of Microcomputer and Interface Technology teaching， and intruduces the principles of creating problems through the concrete teaching examples. The results show that PBL pedagogic practice plays a positive role in the promotion of the effect and quality of Principle of Microcomputer teaching comparing with the traditional teaching method.

Keywords Problem-Based Learning；Principle of Microcomputer and Interface Technology；course teaching

0 引言

中华民族的伟大复兴离不开国民经济的腾飞，而国民经济的支柱是制造业。制造装备的先进性对制造业的发展起着关键作用。传统制造装备以机械本体和气液电驱动为主，而测控部分多以人工操作为主。随着科学技术的不断进取，制造装备的测控部分逐步融合了计算机、信息、自动化等多学科技术，制造装备不再是一个单纯的机械装置，而是集机械、电子、通信等技术于一身的高科技产品。这样的制造装备需要高素质的综合性人才来设计、制造、应用。为适应机械制造业的发展需求，高校机械类专业普遍引入了计算机、电信、自动化等专业的相关课程，而“微机原理与接口技术”正是这些专业技术的基础课程之一，对于整个专业的学习有着重要的支承作用。本文结合作者对PBL教学法的认知和尝试，论述了PBL教学法在“微机原理与接口技术”课程中的应用。

1 “微机原理与接口技术”课程教学中BL教学法的引入

传统的“微机原理与接口技术”课程教学，以英特尔8086微处理器为对象，向学生全面讲解微机系统的组成结构、存储器类型、中断处理机制、并行串行通讯、AD/DA转换等知识，并辅以微机接口实验来让学生掌握微机应用知识。但对针对教学效果对学生进行访谈时，不少学生反映该课程较难理解、实践环节难以独立完成等问题，教学效果不太理想。为了提高教学质量，充分調动学生的主观能动性，使学生真正获得知识和能力的提升，作者尝试在本课程的教学中使用PBL教学法来改善教学效果。

PBL教学法是1969年由美国神经病学教授Howard Barrows根据信息加工心理学和认知心理学提出的新的教学方法。这种教学方法以学生为中心，以解决问题为导向，学生在老师的启发指导下以自学和小组讨论为主要方法尝试解决问题。PBL教学法原本广泛运用于在医科教学，现在逐步也在其他学科得到运用。

目前，我校自动化生产设备应用专业班级已开展此课程的教学。在教学实践中，任课老师已开始尝试运用PBL教学法实施教学。PBL教学法源于构建主义理论，①它不是让教师把书本上现成的知识直接通过自己的讲解传递给学生，或者是让学生按照书本的章节安排和老师的讲授去获得一些知识，而是要求学生根据教师提出的问题，主动去寻找问题的答案，最终得到解决问题的办法，并对结果进行展示和自我评价，这样学生的学习重点在于主动学习的过程而不是被动听取了某个知识，教师在课程实施中已经不是教学的主体，而是学生学习的引导者和监督者，学生自己成为教学的主体，从自己主动解决问题的过程中获取知识和技能。

2 PBL教学法的实施

2.1 指导老师引入情景提出问题

指导老师创设的情景对整个课程教学有着重要作用，它直接影响着学生的学习兴趣和教学目标的达成。作者在本课程的教学中设立的场景是轮形机器人即智能小车的设计制作。智能小车依靠传感器的反馈来控制电机的动作以达到小车自动避障行进的效果，其控制系统本质上就是一个完整的微型计算机系统。利用此场景来引导学生学习微型计算机原理和接口技术，相比与传统教学来说更具有吸引力，充分调动了学生学习的积极性。②

在学生体验指导老师创设的场景后，指导老师需要根据场景提出合适的问题让学生自主解决，指导老师提出的问题是PBL教学过程成败的关键。一方面要根据学生的学习基础来控制问题的难度，使得学生能通过自主学习自行解决问题；另一方面，问题要有针对性，使学生在解决问题过程中获取的知识符合教学目的。指导老师可以先提出一个较难的总问题，然后根据教学目的把这个较为复杂深奥的问题拆解成为相互关联的简单的问题，这些问题应有利于学生对相关知识的掌握，学生通过自主学习解决这一系列问题，从而达到获取知识和技能的目的。③

作者在本课程的教学中提出的总问题是微机系统是如何控制小车智能避障行进的？为了解决这个问题，进一步分解出一系列子问题，例如微机系统是根据程序来控制小车的，程序存储在什么位置？CPU如何读取运行的？微机系统需要通过控制电机的运转来控制小车的前进方向，它是如何与伺服电机接口来进行控制的？这些问题的解决依赖微机组成原理和接口技术方面的知识，学生自主学习解决这些问题的过程也就是获取本门课程知识和技能的过程。

2.2 学生自主合作解决问题

在指导老师提出问题后，应安排学生分组讨论。④学生的分组应注意成员的合理组合，把不同特点的学生分在一个组，学生能发挥各自的特长，优势互补，圆满解决问题。学生小组的各成员首先分析问题，看看自己具备了哪些解决问题的知识，还缺少什么理论知识，给出解决问题的初稿，然后由小组长根据小组成员讨论的结果，确定解决问题的方案，并制定下一步的学习计划。

例如指导老师提出如何使用微机系统来控制电机运转这个问题后，可以按照三个方向来把学生分成三个小组，进行分组讨论：一个组讨论微机系统如何控制步进电机运转，一个组讨论微机系统如何控制步进电机运转，一个组讨论微机系统如何控制伺服电机运转，分组时充分考虑学生的意愿和特点。学生在分析问题时，首先明确自己在先前的基础课程中学习过电机的基本工作原理，现在要解决问题时还主要缺乏兩方面的知识，一方面是不同类型电机的调速原理，一方面是微机系统与电机的控制接口知识。学生在讨论后明确解决问题的思路，然后个组员根据自身的兴趣和特长，通过分头查询相关资料获取新知识以期解决问题。

在小组讨论前，对于一些必要的知识铺垫，指导老师也需要向学生作简要交代，避免学生无从下手。在小组讨论过程中，指导教师及时跟踪小组成员的讨论内容，避免小组成员讨论的方向离开正确解决问题的轨道，同时又要不过度影响学生个性思维的拓展。例如在解决微机接口如何控制伺服电机运转的问题中，指导老师事先告诉学生伺服电机需要微机系统产生脉冲来控制电机运转，然后引导学生自主学习去了解脉冲控制电机旋转的知识和到让微机系统产生所需脉冲的方法。

小组成员之间需合理分工，针对学习的问题寻找支撑的材料，每个小组成员都有解决问题的不同方法和技巧，要想得出共同解决问题的方法，需要在每个成员的意见基础上，进行汇总、归纳、总结，最后形成统一的答案。⑤讨论解决问题后，各小组的组长将问题的最终结果写成书面材料，由每个小组的组长通过多媒体课件的形式，向指导教师和同学们做展示。

2.3 指导老师点评

在每组学生展示解决问题的过程和结果后，指导老师要点评各小组的表现，肯定学生做得正确的地方，对不足的地方提出改进意见，同时引导学生们主动反思解决问题的过程，思索这个过程中曾经缺乏哪个方面的知识，又是如何补充这些知识从而解决问题。

例如学生在解决如何控制普通直流电机运转的问题中，找到使用PWM波来控制电机的供电电压大小以达到控制电机转速的目的，指导老师对这一方法给予了充分肯定，但学生在PWM的具体使用上仅仅通过软件设定微机系统CPU寄存器的相关控制位来控制PWM波的占空比，并没有对PWM波的频率进行控制，导致在实际控制中智能小车的运动行驶不够平顺。经过指导老师的提醒，学生通过自行摸索迅速找到原因，在提高PWM波的工作频率后使得电机电源电源平稳，最终圆满解决问题。

在学生最终解决指导老师提出的各个问题后，指导老师对各小组的总体学习成效表现进行点评，并为每位学生记录平时成绩。

3 结束语

作者在本校自动化2014级的该课程教学中使用PBL教学法，以前习惯了上课听课的学生们普遍反映这门课的学习过程是自己从未经历过的，整个学习过程主要是自己在查阅资料找答案以及和其他同学讨论，老师仅负责方向指导和点评，并没有向自己灌输知识。当自己解决了所有问题后，发现自己在不知不觉中掌握了不少新知识，甚至跃跃欲试想根据老师在课程中创设的情景，运用课程知识自己亲手制作一台智能小车。PBL教学法获得了作者预期的良好效果。

PBL教学法相对于传统教学法注意培养学生的问题意识，重视学生掌握学习方法的掌握，注重提高学生学习的积极性与主动性，使学生形成发现问题、分析问题、解决问题的能力，为他们技术能力和工作素质的培养打下了良好的基础。

武汉市教育局2015年市属高校教学教研重点项目（编号2015030）

注释

① 黄钢，关超然.基于问题的学习（PBL）导论[M].人民卫生出版社，2014.3：42-43.

② 杜波.在单片机课程中开展PBL教学法培养应用能力的研究与实践[J].长春工程学院学报（社会科学版），2016.17（3）：117-120.

③ 刘丽霞.浅谈PBL在程序设计教学中的应用[J].教育现代化，2016.9（27）：165-166.

④ 虞周凯，傅文珍.卓越计划下PBL教学法的电工技术教学研究与实践[J].科技视界，2016.2：122.

⑤ 宋淑丽.基于PBL的高校实践教学模式创新[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2016.1：55-56.