PBL教學法在電工學課程的應用

何志苠　范小蘭　蘇圣超

【摘要】時序邏輯電路是電工學教學中的重要內容。對于時序邏輯電路的分析和狀態轉換，學生通常難以理解。PBL教學法強調學生的主動學習，在教師的引導下，學生采用小組的形式自主學習，能夠有效地提高學習效果。本文總結了PBL教學法在電工學課程中的教學設計與實施步驟，在教學效果上得到了有效提高，為電工學類課程的教學改革提供參考。

【關鍵詞】電工學? PBL教學法? 時序邏輯電路

【Abstract】Sequential logic circuit is an important content in Electrotechnics Teaching. It is difficult for students to understand the analysis and state transition of sequential logic circuits. PBL teaching method emphasizes students' active learning. Under the guidance of teachers， students can learn independently in groups， which can effectively improve the learning effect. This paper summarizes the teaching design and implementation steps of PBL teaching method in the course of electrotechnics. The teaching effect has been effectively improved， which provides a reference for the teaching reform of Electrotechnics courses.

【Keywords】electrotechnics; PBL teaching method; sequential logic circuit

【基金項目】2019年度上海市教委重點課程建設項目“電工技術”（S201924001）;2019年度上海工程技術大學金課培育計劃項目“電工技術”（G201924001）。

【中圖分類號】G426 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）08-0096-02

一、引言

PBL是Problem-Based Learning的簡稱，因此，PBL教學法又稱為基于問題的教學法或者問題導向教學法。這種教學方法在1969 年由美國的神經病學教授 Barrows 在加拿大的麥克馬斯特大學首創，20世紀80年代，PBL教學法在北美獲得了快速發展，并逐步完善形成了一套科學、成熟的教學模式，受到北美、歐洲和亞洲的很多知名大學的接受和采用。2000年前后，我國高等教育院校和中高級職業教育院校開始不同程度地引入PBL教學模式。目前PBL教學法的影響力不斷擴大，在我國呈現出多元化發展趨勢。除醫學教育外PBL教學也擴展到生物學、生理學、心理學、工程教育、商業教育、社會工作教育等多學科領域的教學中。

PBL（Problem-Based Learning）教學法是一種以學生為中心，以問題為導向的學習方法。與傳統的以教師為中心的講授法不同，PBL強調學生的主動學習，在教師的引導下，學生采用小組討論的形式，圍繞問題收集資料、解決問題，培養學生自主學習能力、團隊合作能力和創新思考能力[1]。

在PBL教學法的使用過程中，教師根據學生的不同學習基礎、學習能力準備和設計教學資源，不僅對課程重點、難點內容的理解具有積極作用，而且教學資源難易兼顧，既有基礎知識，也有拓展知識，既能支持自主獨立、循序漸進的學習，也能支持自主探究學習。

電工學課程是學生在理論性很強的高等數學、大學物理之后，進入各專業領域的專業課之前必修的專業基礎課，屬于工程應用性很強的課程。因此，電工學承擔了幫助學生搭建從理論到工程應用之間的橋梁作用[2]。本課程的知識點多、覆蓋面廣，傳統的講授法滿堂灌，教學效果通常不好。

筆者在電工學（下）的時序邏輯電路教學內容中，使用PBL教學法，教師在講授基本知識點后，布置學習任務，由學生組隊研究任務要求、收集資料、解決問題、展示方案、現場質疑并互相評價，獲得了良好的教學效果。

二、教學設計

時序邏輯電路是電工學課程中的傳統難點，學生對于輸入輸出的邏輯關系容易理解，但對于時鐘控制端的作用難以認識。以前在課堂上用靜態的圖形課件，往往是老師怎么講學生也不明白，就算會做題也不一定真正形成動態的觀念。本學期由于眾所周知的“新冠”疫情，師生無法面對面交流，要把這個內容講通講透就更難了。

因此教學的首要任務是要讓學生明確教學目標，把教學內容進行重構和整合。確保線上教學的第一個環節——教學目標和教學要求，能夠準確傳遞。

為了調動學生的學習興趣，鍛煉學生的綜合能力，筆者在時序邏輯電路開始之前，安排學生完成一些視頻講解展示作業。作為互聯網的原住民，學生非常擅長使用各種圖形圖像處理軟件，在展示講解的過程中，也能促進他們對已有知識的梳理和查漏補缺。根據布魯姆的認知模型，分析和評價都屬于高階能力，在自我展示和對他人展示的評價中，也鍛煉了學生的高階能力。

因此，在時序邏輯電路的教學中，筆者采用了PBL教學法。教師在PBL教學法的使用過程中，要擔任好教練和陪練的工作，才能促使學生獨立主動地展開學習。筆者弱化了講授者的角色，在完成觸發器、時序邏輯電路分析方法和寄存器、計數器的基本知識點講授后，沒有進行更多的習題講解。教師主要承擔引路人的角色，在布置任務之后，引導學生通過組隊的形式，開展討論學習，同時做好監督者，在學生出現問題的時候及時糾正和指導[3]。

針對學生難以理解時序電路的動態變化過程這一問題，筆者在講解知識點時，結合硬禾小幫手、multisim等仿真軟件，讓學生一邊學一邊做。硬禾小幫手是蘇州硬禾信息科技有限公司提供的一款免費微信小程序，同時有網頁版提供，不需要安裝任何程序，學生可以很方便地使用。仿真電路可以用鏈接、文本、圖片形式導出，學生在仿真過程中遇到問題，也能夠很方便地獲得老師的幫助。硬禾小幫手在電路運行時，使用動畫形式展現電流的流動、不同顏色顯示電壓的高低，非常有效地幫助學生理解電路的運行情況。

根據教學目標和疫情下的特殊教學條件，筆者將教學過程設計為內容導入、問題提出及任務布置、基本知識點講授、仿真學習、組內討論、組間展示及評價六個階段。

三、教學過程

1.內容導入階段

教師向學生明確時序邏輯電路的教學目標，能說出時序邏輯電路和組合邏輯電路的區別，能闡述雙穩態觸發器的邏輯功能，能實現觸發器邏輯功能的轉換，能說出時序邏輯電路和組合邏輯電路分析方法的相同點與不同點，能說明二進制/十進制計數器的功能和邏輯功能轉換，能說明十進制計數器的功能和邏輯功能轉換，會使用反饋法設計任意進制計數器，通過分析和仿真解決時序邏輯電路問題的能力，綜合應用時序邏輯電路的分析方法解決PBL小組問題。

學習方法是結合學習通知識點視頻或教師推送的講解視頻、PPT、電子教材預習、釘釘直播學習、有針對性的課后模擬練習，自行整理思維導圖筆記，討論區發布PBL任務的問題、回答其他組的問題并相互討論。

2.問題提出和任務布置階段

教師說明PBL的組隊方法和任務要求。由于本次教學班級超過120人，在PBL完成過程中需要大量的指導工作，教師的精力與時間有限，因此按照每組6～8人組隊。如果教學班級小一些，每組人數可以適當減小，能夠獲得更好的教學效果。由組長在學習通討論區發帖，說明組名、組長、成員。在共同討論完成第七章作業的過程中，需要在自己小組的帖子里回復至少五個與時序邏輯電路有關的提問，同時需要至少回復5個其他小組帖子中的問題。

每組從第七章作業中至少選擇1題，錄制微視頻，這道題的分數作為PBL分組任務的分數最大值。在PBL任務最后一次課安排討論，由教師在每個小組中抽取一個同學代表小組回答問題，其評分結果為小組討論課成績。教師在PBL過程中，督促和觀察各小組成員的表現，通過組長和先進同學，帶動組內其他成員，以同伴學習的方式達到更好的教學效果。

3.基本知識點講授階段

以提前錄制好的知識點講解視頻為主，直播答疑為輔，答疑主要針對學生PBL完成過程中在學習通內發布的問題和討論情況。

4.仿真實操

教師在直播時提出要求，通過學習通發布學習任務，學生通過硬禾小幫手或Multisim仿真軟件，進行電路仿真實操，截屏或錄屏限時提交。

5.組內討論

學生通過超星泛雅平臺的PBL項目討論區，開展小組內部討論，共同完成學習任務。由組長將任務細化，將討論區提問、回答、習題講解、視頻制作等任務分配給組員，大家共同完成，培養組長的領導能力和組員的團體協作能力。最后由組長提交包含習題解答、電路仿真、視頻講解的項目研究報告，教師審核后開放給各組所有學生觀看。

6.組間展示及評價

教師通過最后一次討論課，節選部分精彩講解視頻向全班展示。教師直播聯線抽選小組成員提問，組內成員可以進行補充。討論課結束后，教師和學生在PBL項目中，對小組內成員及其他小組評分，培養學生正確評價他人的高階能力。

四、教學效果及思考

通常情況下學生對時序邏輯電路的掌握情況都比組合邏輯電路要差很多，但是在本次授課結束后的教學目標達成度調查中，學生對“設計常用組合邏輯電路的達成度”選擇“較好”的占66.31%，對“分析時序邏輯電路的達成度”選擇“較好”的占74.74%。可以看出，本學期在《電工學（下）》的時序邏輯電路部分進行PBL教學法，結合仿真實操，克服了疫情期間師生無法面對面交流的障礙，學生的課堂參與度和教學效果均有提升。

PBL教學法在疫情期間顯示出了良好的效果，在今后的線下教學中也可以使用，開展線上線下混合式教學，進一步提高教學效果。但是PBL教學過程中，教師和學生雙方都需要投入大量的時間和精力，因此不適合對所有教學內容都使用，筆者認為，一個學期只適合安排一個教學內容使用此方法。

教師是實施 PBL教學法的倡導者、設計者和具體執行者，學生的主體性需要在教師的指導下逐步培養和發展。因此，教師運用新教學方法的心理準備、對問題的選擇與設計、對教學資源的準備、調控課程教學的能力決定著教學方法的實施效果。問題創設與選擇 PBL教學法是以能力提高為核心的教學方式，牽涉到理智探索、認知策略和情感領域等。因此在課程中應用此方法，對教師的要求比其他教法要更高。

參考文獻：

[1]周靜，侯世英，孫韜.基于PBL的“電工學”課程教學模式探索[J].中國電力教育，2013（3）：18-20.

[2]楊正瓴，林孔元，劉正光，王月琴，王萍.電工學教學中培養學生創新素質的一些例子[J].電氣電子教學學報，2002（2）：96-98.

[3]薛英娟.數字電子技術實驗課程教學改革與創新[J].實驗室科學，2016（6）：145-148.

作者簡介：

何志苠（1978年-），女，湖北武漢人，工學碩士，講師，主要從事電工學教學。

范小蘭（1968年-），女，山西太原人，工學碩士，副教授，主要從事電工學教學。

蘇圣超（1979年-），男，江蘇南通人，工學博士，副教授，主要從事電工學教學。