PBL教學法在數字電路教學中的應用

閆衍

摘 要： 本文探討高職高專數字電路課程的教學現狀及解決方案——PBL教學法的應用及具體操作流程，揭示PBL教學法增強教學效果的作用。

關鍵詞： PBL教學法 數字電路 教學應用

一、PBL教學法概述

PBL教學法是以問題為導向的教學方法，是基于現實世界的以學生為中心的教育方式，是由美國的神經病學教授Barrows于1969年在加拿大的麥克馬斯特大學首創的。PBL與傳統教學法的不同之處在于：傳統教學法以學科為基礎，以教師按課本章節順序講授為主，而PBL強調以學生的主動學習為主，將學習與更大的任務或問題掛鉤，使學習者能夠投入到問題探討與解決過程中。PBL教學法要求設計真實性任務，強調把學習設置到較復雜、有意義的問題情景中，通過學習者的自主探究和合作解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，培養解決問題的技能和自主學習能力。

二、高職高專數字電路課程教學現狀

數字電路課程是高職高專電類專業學生必修的專業基礎課，也是聯系模擬電路和后續各門技術課程的紐帶。數字電路課程設置目的在于不但要求學生掌握本課程的基本概念、基本方法和基本實驗技能，還要培養學生的綜合應用能力、科學思維方式和工程實踐能力。當前，國內高職高專數字電路課程的教學模式大多以教師作為知識的掌握者和灌輸者，處于課堂的中心地位，給學生講述基本概念和基本原理，即便實驗課上也是如此，只是將講授內容變成操作步驟。在該教學模式下，學生處于被動接受知識和技能的地位，很少也難以主動獲得完整而有效的知識結構與能力結構，而且會養成依賴教師、難以提出問題及本來有問題但懶于思考等各種不良學習習慣。因此，迫切需要一種新的教學方法或模式，轉變學生在課堂中的從屬地位，使學生成為課堂的主人，激發他們的學習興趣和主動性，將“要我學”的教學模式變成“我要學”的學習模式。PBL教學法恰好能有效承擔這樣的角色，很好地達到預想的各種教學效果。

三、PBL教學法的操作流程

第一階段：教師備課，準備問題。教師必須在充分了解學生知識結構、學習興趣、關注焦點之后，制定若干涉及學生應當掌握的所有知識點的問題。問題可以由教師自行制定，或者從一些參考書或習題冊中查找，但必須注意的是：設定的問題必須具有明確的目的性、適中的復雜度及一定的認知性。

第二階段：向學生提出問題。教師將精心設計且能引起學生極大興趣的問題呈現給學生，要求學生在規定時間內解決。學生完成問題的方式可以多樣化：（1）查閱資料。利用學校圖書館資源及豐富的網絡資源，挑選可用的知識與結論，并且加以歸納總結，作為解決問題的原始素材，最后認真寫好發言提綱。（2）小組討論或辯論。將學生分成若干小組，每個小組指定一名組長，組長由班級內學習成績較好、組織協調能力較強的學生擔任。各組以教師提出的問題為目標，明確解決問題過程中的障礙及討論解決問題的程序、步驟與策略。該階段需要注意分組原則：每組都應當由成績層次不同的學生組成，以使優生帶動“差生”，并且鼓勵性格內向的學生多參與討論、多發言。最后由組長整理記錄發言報告，形成書面文件。

第三階段：教師引導學生解決問題。學生在問題解決過程中會或多或少地遇到一些障礙。雖然在第二階段的小組討論中，通過學生間的交流可以克服一部分障礙，但是總有部分“遺留問題”是學生冥思苦想而不得的，這時，教師指導就會起到“四兩撥千斤”的作用。教師不必把最終答案直接告訴學生，這樣不利于鍛煉與培養學生的分析問題和邏輯思維能力。教師需要找到學生疑問和問題解決的關鍵結合點，采用啟發式提示法，以促使學生思考與解決問題。這樣，學生能夠在解決問題的過程中主要憑借個人能力，較少依賴他人，完全處于學習的主動狀態，獲得的知識和技能自然記憶深刻。這種積極探索知識和技能的過程，如同親身經歷某些事情一般，甚至可能終生難忘，與以聽課為主的傳統教學法相比，學習效率會成倍提高。

第四階段：教師總結。教師的主要任務就是總結歸納在學生解決問題過程中的可取之處及出現的問題或不足，并且給予適當的表揚或者提出中肯的建議。通過教師的評價反饋，學生可以更容易地在頭腦中建構完整的知識結構和能力結構，獲得自主學習的自信心與成就感，并且深刻領會到在自主探索和交流討論中需要改進的內容。

四、PBL教學法在高職數字電路教學中的應用

數字電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種。筆者基于具體教學工作實踐，以組合邏輯電路課程為例，按照第三部分論述的操作流程，詳細闡述PBL教學法在高職高專數字電路教學中的應用。

1.在學習組合邏輯電路之前，盡管學生已經學習了有關邏輯代數基礎及門電路的基礎知識，但是對這些理論知識只有一些感性認識，對于這些知識能夠運用到哪些實際領域中茫然不知。鑒于此，筆者提出一個能夠引起學生興趣、融合舊知識、有助于學生提高思維能力的難度適中的問題：在一個車間內有紅、黃兩個故障指示燈，用來表示三臺設備的工作情況。若有一臺設備出現故障，黃燈亮；若有兩臺設備出現故障，紅燈亮；若三臺設備都出現故障，紅、黃燈都亮，試用與非門設計一個控制燈亮的邏輯電路。由于該問題結合現實情況比較緊密，且不抽象，因此能引起學生的好奇心和求知欲。

2.上課之前就將問題以作業形式交給學生，針對教師提出的這個故障燈的問題，學生已具備的知識是與非門的輸入、輸出的全部可能狀態，即與非門的真值表，但是如何應用與非門的真值表實現一個具體的組合邏輯電路呢？當教師提示學生這個問題實際是一個組合邏輯電路的設計問題時，學生應該能夠意識到需要到圖書館或者網絡上查找有關組合邏輯電路設計方法和步驟的文獻資料，并且每一個設計步驟的細節（如怎樣分析事件的因果關系？如何確定輸入變量和輸出變量？如何定義邏輯狀態的含義？怎樣根據給定的因果關系列出邏輯真值表？等等）都需要學生閱讀資料后才能夠在自己力所能及的理解范圍內找到答案。上課之后，學生以小組為單位，交流討論各自搜集到的信息，補充各自材料中缺失的部分，最后形成統一的設計報告。通過這一類似“頭腦風暴”式的小組分析與討論，學生在與其他同學交流討論的過程中開闊思路，取長補短，增強自身團隊精神與合作意識。

3.教師介入學生討論，扮演指導者的角色。在學生的討論交流過程中，確定問題的疑難點，即怎樣對邏輯函數進行化簡和變換以使最后邏輯函數的結果符合題目要求？教師需要適時給予指教或點撥，讓學生進一步思考：最后邏輯函數應該表示成為什么形式才可以用于與非門并且是最簡化的？學生在教師的提示下，領悟到邏輯函數的表達式應當全部用與非的形式寫出，這樣就克服了整個問題中最關鍵的障礙。由于學生得到的答案是在教師的提示下取得的，而不是教師直接告知的，因此學生在該過程中能夠真正鍛煉與培養邏輯思維能力，并且由這次小小的成功獲得學習樂趣和自信心。

4.教師對學生利用課余時間認真準備材料，以及在思考問題過程中采用的邏輯抽象方法給予充分肯定，并指出學生對邏輯函數的“最簡”結果理解上出現的偏差。對于“最簡”，學生很容易認為是電路所用器件數最少，器件種類最少，以及器件之間連線最少。但是由于題目要求用與非門實現邏輯功能，若一味套用“最簡”的定義，就會出現無法克服問題障礙的困難，因而必須打破原有思維定勢，并且轉變固有思維方式，才能如愿將問題破解。通過上述表揚與建議的并行評價，學生能夠正確、客觀地認識自身解決問題過程中的優勢與不足，從而增強他們看清問題本質、實際解決問題的能力。

總之，PBL教學法通過問題的提出、查找、解決與評價實現教學過程，打破當前高職數字電路教學看重教師講授、輕視學生思考的傳統教學模式，極大地激發學生自主學習的動機、興趣和行動力，在教學中與其他教學方法結合使用，將會充分增強教學效果。

參考文獻：

[1]湯曉春，拜曉霞.PBL在中職計算機教學中的應用.教育科學，2009.

[2]閻石.數字電子技術基礎（第四版）.高等教育出版社，1998.12（2002重印）：135-136.

[3]張鎖良.數字電子技術基礎.北京郵電大學出版社，2011.8：149.