PBL教學法在單片機應用技術課程中的應用

胡樹煜+王琢

[摘 要]基于問題的學習方法在各學科的教學中得到了廣泛的應用，本文對PBL教學法的理論基礎、教學模式進行了總結，并以單片機應用技術課程為應用實例，探討了PBL教學法的運用過程。PBL教學法改變了傳統的以知識“灌輸”為主的教學模式，變知識學習為探究學習，對學生的知識遷移起到了積極的促進作用，是教學改革的重大突破，具有重要的現實意義。

[關鍵詞：PBL教學法；單片機應用技術；應用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.128

[中圖分類號]G642；TP368.1-4 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）08-0-02

單片機應用技術課程是計算機專業必修的一門應用性很強的課程，主要講述單片機的硬件及引腳特性、單片機的指令功能、編程步驟方法、模/數和數/模轉換接口、外圍設備接口及驅動程序、單片機典型技術等內容。單片機應用技術課程復雜難學，即使已經具備微機原理和匯編語言的基本知識，也會讓人感到無從下手。傳統的單片機應用技術課程都是通過課堂講述、實驗演示來傳遞知識點的，學生學習一個學期后，感覺還是沒有獲得很多的知識，考試前只能靠背誦書上的例題去套用，考完試后就忘得一干二凈，并沒有真正從這門課程中獲得真正的知識和有效的技能。單片機應用技術課程是一門需要深入思考、反復推敲、不斷實踐、不斷積累經驗的課程。所以要想讓學生真正獲得知識和技能，就要改變傳統的教學模式、改革教學的方式方法。

PBL教學法，即基于問題的學習法，能有效改變傳統的教學模式，能夠激發學生的學習興趣，培養學生良好的學習習慣，鍛煉學生的思考能力，培養學生的綜合素質。從做中學，使學生體會到學習的樂趣，提高學生的滿意度。單片機應用技術課程具有的實踐性和操作性強以及其他特點，都適合使用PBL教學法進行教學。

1 PBL教學法的理論基礎

1.1 認知學習理論

認知心理學認為，學習是有意義的學習，學習者不是被動的接受知識，而是主動探索研究的過程。布魯納學說認為：學習知識是根據已有知識獲得新知識、將知識進行轉化和處理信息來適應新問題的需要、評價和檢驗知識是否適用于問題的三個過程。PBL教學的一般過程正是根據認知學習理論的過程建立起來的，而且PBL教學過程強調主動學習、強調內在動機、強調學習過程，這都符合認知學習理論。

1.2 建構主義理論

建構主義認為，教學活動并不是以向學生灌輸知識來進行知識傳遞的過程，而是有效引導學生，讓學生主動對知識進行建構來達到知識遷移的過程。建構主義理論強調以學生為主體，教師引導的特性；強調學生積極主動探究學習，教師宏觀調控的過程；強調創設真實情境的效果，讓學生體會真實的社會生活和廣泛的科學知識，拓寬視野。在建構理論的支持下，PBL教學法能充分發揮其積極主動作用，能真正有效引導學生獲得知識和技能。

1.3 人本主義理論

以人為本是現代教育理論的重要組成部分，PBL教學過程充分體現了以人為本的教育理念，學生的基礎參差不齊，對問題的理解能力和對知識點的掌握程度也不盡相同，教師會根據不同的情況進行因材施教，改變傳統教學中一刀切的狀況，會根據學生的好奇心理和實踐需要及時調整教學策略，真正做到以學生為本，為學生服務。

2 PBL教學法的教學模式

眾多的學者有著不同的觀念，從不同的角度提出了PBL教學的多種模式，馬斯特里赫提出了Seven-Step導向學習模式，包含了澄清術語、定義問題、分析問題、想法結構化、制定學習目標、研究和調查以及概要和解決方案等7個階段，當完成7個階段，問題仍不能解決時，需回到想法結構化進行循環。本杰明提出PBL教學過程包括界定問題、分析問題、形成假設、確定已知、確立所需資源、分析資源、收集新知識以及聯結新舊知識8個階段，若經過以上8個階段問題仍未解決，或在解決問題的過程產生了新的問題，可以重新從界定問題開始循環。伊登斯提出了問題導向學習周期性PBL模式，主要包括問題發展階段、問題探究階段、問題方案驗證階段，在這三個階段循環執行。從三種典型的PBL教學模式來看，其都是循環的模式，都是從問題出發，大致步驟基本相同，只是切入點和具體的步驟不同。

3 PBL教學法的應用實例

本文以恒溫控制系統課程為例進行分析。

3.1 準備階段

3.1.1 教學目標分析

掌握恒溫控制系統中系統結構情況，掌握溫度信號輸入通道包含的內容，掌握執行信號通道設計，學會設計系統應用軟件的方法。在學習知識內容的同時，要培養學生自主學習的能力、獨立思考的習慣、溝通能力、分析問題和解決問題的能力。

3.1.2 問題情境設計

有一個孵化場，要孵化一批雞雛，孵化過程中要求恒溫器必須保持在38 ℃～39 ℃，采用電熱恒溫設計，溫度控制精度在±0.5 ℃，電源為220 V交流電，溫控范圍在+3 ℃～+ 60℃之間，加熱功率在200 W～700 W，容積在350 mm×350 mm×400 mm，請設計符合要求的恒溫系統。

3.2 教學過程

3.2.1 提出問題

（1）設計微機控制系統結構，并畫圖表示。

（2）溫度信號輸入通道包含哪幾部分內容？

（3）執行信號通道如何設計？

（4）系統應用軟件的控制流程如何設計？

（5）對PID算法應如何改進才能符合設計要求？

3.2.2 分析問題

針對五個問題，逐一進行分析。

微機控制系統結構設計，使用1片MCS-51系列的8031單片機、1片2732A EPROM存儲器、1片74LS373作地址鎖存器、1片Inter8155作ROM和I/O擴展器。

溫度信號輸入通道包含溫度傳感器、運算放大器、A/D轉換器三部分。

執行信號通道通過微機系統的8155PC5的輸出信號經過光耦合器，直接控制可控硅門級，從而控制電熱絲的平均加熱功率。

系統應用軟件的控制流程要注意溫度信號的讀入和處理。

對PID算法在偏差絕對值小于某一預定門限時，用標準PID算法。當偏差絕對值大于這一預定門限時，舍去積分項的運算，從而減少積分項的累積。

3.2.3 小組討論

經過對問題要點的分析，小組成員針對問題提出自己的方案設計，組員之間互相討論，評價優缺點，使方案達到優化。

3.2.4 查閱資料

學生根據問題和分析的要點，對教材、網絡資料進行查閱，獨立完成學習過程。

3.2.5 解決方案

根據以往的知識和探索的新知識，綜合分析問題，形成自己的解決方案。

3.3 評價總結

3.3.1 成果說明

學生對自己的方案在組內進行闡述，并提出形成依據，以便大家進行交流，取長補短，對比自己的方案，進行借鑒。

3.3.2 評價總結

教師針對學生的方案進行綜合評價，分析優缺點、錯誤成因，并給出建設性意見。總結本節課程重點和難點，給出問題的正確答案，對課程進行總結。

3.3.3 教學反思

針對本課程進行教學反思，從學習內容、教師作用、學生學習效果等幾個反面進行，以便于積累經驗，把PBL教學法發揮到極致。

4 結 語

PBL教學法是以認知學習理論、建構主義理論、人本主義理論為基礎的，具有多種教學模式，雖然在各種教學模式中有細微的差別，但是主體都是一致的，是以問題為中心的主動構建過程。單片機應用技術課程的性質非常適合PBL教學法，所以在應用之后，取得了顯著的教學效果，學生成績明顯提高，學習熱情高漲，真正將知識轉化成了技能，進行了有效的遷移。PBL教學法對教學起著重要的意義，正逐步向各學科鋪開。

主要參考文獻

[1]楊桂娟.基于問題式學習（PBL）在After Effects教學中的應用初探[J].教育教學論壇，2014（6）.

[2]馬麗，戴心來.認知風格理論對研究性學習教學策略設計的影響[J].電化教育研究，2007（1）.

[3]丁曉蔚.基于問題的學習（PBL）實施模型述評[J].高等教育研究學報，2011（1）.

[4]王和鸞.PBL網絡課程的教學交互平臺的設計研究[D].金華：浙江師范大學，2013