PBL 教學法在“電工電子技術”教學中的應用探究*

余 瑤 ，肖文君 ，張小云

（貴州師范大學，貴州 貴陽 550025）

0 引言

“電工電子技術”課程是中職院校機電專業(yè)的一門基礎必修課程，具有較強的實踐性及理論性，內容較為廣泛，主要包括電工知識、模擬電子及數(shù)字電子三大部分，其教學目標是使學生具備專業(yè)所需的電子技術知識，掌握基本的電工技能，能夠解決生活中的電類問題，為后續(xù)的專業(yè)課打下基礎[1]。而現(xiàn)階段，隨著電子技術的飛速發(fā)展，各種新理論、新技術層出不窮，偏重理論知識講解的傳統(tǒng)教學法已然不能適應當前教學[2]。基于此，文章將PBL（Problem-Based Learning）教學法應用于“電工電子技術”課程中，通過具體的實施來研究PBL 教學法應用于該門課程的應用效果，以期為中職院校的“電工電子技術”課程教學提供幫助。

1 PBL教學法的內涵

PBL 教學法即以問題為導向開展教學，在教學中，首先由教師將本節(jié)課的教學內容結合生活實際，提出一個真實的問題情景，引發(fā)學生的學習興趣；學生根據(jù)問題，抓住核心要點，找到解決問題所涉及的知識及技能，然后小組分工合作、制定解決方案，從而解決問題，獲得新知[3]。

近年來，PBL 教學法不斷從醫(yī)學領域走向理工科領域，在教育部對職業(yè)教育的重視下，機電專業(yè)以及其他專業(yè)也在不斷進行嘗試與探索。同時中職院校的“電工電子技術”課程具有較強的實用性，注重培養(yǎng)學生的技術技能，強調運用所學知識及技能解決生活中的實際問題，例如：火警報警器及自動控制電路的設計等[4]。因此，將PBL 教學法融入該課程，將有效地激發(fā)學生的學習興趣，促使學生將所學知識運用于生活中，很好地契合了該課程的教學目標。

2 PBL 教學法在“電工電子技術”課程中的教學設計

2.1 教學目標分析

教學目標是指在教學活動中期待學生所要達到的標準及教學結果[5]。在“電工電子技術”這門課程中，學生首先需要掌握電工的基本知識，學會使用基本的電工工具；其次，從企業(yè)的角度出發(fā)，隨著科學技術的發(fā)展，很多企業(yè)不再需要“流水線”員工，更多的是需要具有創(chuàng)新能力、思辨能力且能發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的員工；同時，在教學活動中需要注重對學生職業(yè)道德的培養(yǎng)，強化安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質量，培養(yǎng)具有較強的團隊意識、責任心且溝通能力居上的中職生[6]。

2.2 教學內容分析

本文以“電工電子技術”課程中“組合邏輯電路的設計”這一節(jié)為例，結合PBL 教學法進行研究[7]。該部分的教學內容實用性較強，貼合生活實際，是教材內容的重要組成部分，起到承上啟下的作用，不僅承接前面所學的電路圖、邏輯狀態(tài)表、邏輯表達式等知識，而且為接下來的加法器、頁碼及編碼等知識做鋪墊。同時，該部分內容還含有實驗部分，學生可以通過Multisim 電路仿真軟件去動手實操，了解組合邏輯電路設計的背后原理[8]。

2.3 教學評價設計

對教學效果進行科學有效的評價，這是教學改革取得成效的關鍵。為改變僅由期末考試成績評價學生學習情況的局面，文章采用多元化評價模式，即評價主體多元、評價方式多元以及評價內容多元[9]。在評價內容上，結合“電工電子技術”課程的特點和性質，將評價內容分為實操能力測試、期末考試、平時成績，其中實操和期末考試各占比30%，平時成績占比40%。平時成績主要由出勤率、課堂表現(xiàn)、小組合作、成員自評與互評、成果展示構成，并以公開透明的形式進行，讓學生了解自己的優(yōu)點與不足，從而予以提升與改正。

2.4 教學流程設計

本文將參考Hmelo-Silver 的PBL 教學流程，結合中職生的特點、“電工電子技術”課程性質以及教學目標[10]，將PBL 教學法的流程分為以下五個階段，如圖1所示。

圖1 基于PBL的“電工電子技術”課程教學流程

3 具體教學改革實施

PBL 教學法能否運用于“電工電子技術”這門課程，主要看其在教學實踐中是否能落地，是否能促進學生多方面的發(fā)展。在這一小節(jié)，文章將根據(jù)上文提及PBL 教學法的教學流程結合“組合邏輯電路的設計”進行具體的教學改革實施[11]。

3.1 情景導入，問題提出

教師為學生播放一段2023年7月成都舉辦的第31屆世界大學生夏季運動會的視頻，從視頻中發(fā)現(xiàn)，某個運動項目有A、B、C三位裁判，比賽選手的晉級結果由三位裁判決定。假設學生是這場比賽的電子設計師，為晉級結果設計一個能直接知道晉級結果的電路[11]。功能要求：只有兩位及兩位以上的裁判表示同意，該名選手才能晉級，否則表示晉級失敗；用“0”表示晉級失敗，“1”表示晉級成功，且只能用“與非門”來實現(xiàn)，并用Multisim軟件對結果進行驗證[12]。

3.2 問題探究，方案制定

學生根據(jù)教師創(chuàng)設的情景及要求，確定問題背后所需要的知識與技能，最終制定解決方案[13]。經(jīng)組內成員合作探究得出，要想比賽的結果一目了然，需要設計一個“三人表決器”。學生根據(jù)功能要求，由此可得出以下設計思路：設A、B、C為輸入變量，即裁判的表決，同意為“1”，反之為“0”；Y為輸出變量，即選手的晉級結果，晉級為“1”，反之為“0”。通過深入探討、分工合作，最終得出“三人表決器”的設計方案，如圖2所示。

圖2 “三人表決器”的設計方案

3.3 小組協(xié)作，問題解決

小組制定解決方案后，根據(jù)輸入變量和輸出變量之間的關系，可以得出，只有當輸入變量A、B、C的值有兩個及兩個以上為“1”時，輸出變量Y才能為“1”，其余的情況，輸出變量都為“0”，如表1所示。

表1 “三人表決器”的邏輯狀態(tài)表

得出邏輯狀態(tài)表后，結合學生之前所學邏輯關系的轉換與化簡，由此可得出上表所對應的邏輯表達式。在這里需要明確功能要求中提及的“只能用‘與非門’實現(xiàn)”，即最終的表達式需化簡為“與非”的關系。

根據(jù)邏輯表達式，可以得出設計的“三人表決器”需要4 個“與非門”才能實現(xiàn)。因此，“三人表決器”的邏輯電路圖如圖3所示。

圖3 “三人表決器”的邏輯電路

學生通過之前所學習的Multisim 仿真軟件對“三人表決器”的功能進行仿真，最終的仿真結果與預想的結果一致，如圖4 所示。

圖4 “三人表決器”的仿真圖

3.4 展示成果，分享匯報

在問題得到有效解決后，教師組織小組成員對各自的成果進行展示，并說明組內分工情況、“三人表決器”的設計思路以及在使用Multisim 仿真軟件時遇到的困難和解決困難的方法等。同時，其他小組成員可以對展示小組提出疑問，再由展示小組進行解答。

3.5 深入理解，反思評價

最后，教師帶領學生將“組合邏輯電路的設計”所涉及的知識點進行整理、總結、梳理。對各小組的匯報結果及各小組在解決問題過程中的表現(xiàn)進行表揚、批評，結合當天的教學內容布置課后作業(yè)，讓學生們對所學習的知識和技能有更深刻的了解及認識，并嘗試將所學內容運用到實際生活中。

4 教學改革效果

在授課完全結束后，比對同年級、同專業(yè)以及相同學習能力的對照班和實驗班學生的成績[14]。結果顯示，兩班學生的理論成績相差不大，而在操作技能上，實驗班學生平均成績在基本操作、電路裝配與調試以及數(shù)據(jù)處理方面均高于對照班學生，如圖5所示。

圖5 對照班與實驗班學生成績對比

同時，對實驗班和對照班開展無記名的問卷調查，并且使用SPSS 軟件對兩個班的問卷數(shù)據(jù)進行分析[15]。分析結果顯示，對照班和實驗班學生在學習興趣、自學能力、語言表達能力、小組協(xié)作能力、思辨能力及問題解決能力上均存在明顯差異（p＜0.05），如表2 所示。通過對學生的深入了解得出，學生對PBL教學法的認同來源于：1）課堂以學生為主體，教師少講、精講；2）由現(xiàn)實中的問題引入教學內容，激發(fā)學習興趣，理論與實踐相結合；3）問題解決的整個過程基本由學生自主完成，充分發(fā)揮學生主觀能動性，培養(yǎng)學生自主學習能力以及思辨能力等；4）小組合作不僅能培養(yǎng)學生的人際交往能力、組織協(xié)調能力，而且能實現(xiàn)學生之間的優(yōu)勢互補、相互促進[16-18]。

表2 對照班與實驗班學習成效的差異性比較結果

5 結語

理論與實際相結合是教育的一個重要目的。實踐證明，PBL 教學法運用到“電工電子技術”課程中，能夠充分地將所學知識用到實處，較好地培養(yǎng)了學生的人文素養(yǎng)，綜合實踐能力得到了顯著提升，使學生在面對復雜問題時能有效地掌握關鍵點，形成一套思路清晰、條理清楚的解決方案。因此該教學法能有效地改善傳統(tǒng)教學當中的不足，與當今所倡導的培養(yǎng)符合新時代要求的高技能人才目標不謀而合。