PBL教学法在数字电路教学中的应用

闫衍

摘 要： 本文探讨高职高专数字电路课程的教学现状及解决方案——PBL教学法的应用及具体操作流程，揭示PBL教学法增强教学效果的作用。

关键词： PBL教学法 数字电路 教学应用

一、PBL教学法概述

PBL教学法是以问题为导向的教学方法，是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，是由美国的神经病学教授Barrows于1969年在加拿大的麦克马斯特大学首创的。PBL与传统教学法的不同之处在于：传统教学法以学科为基础，以教师按课本章节顺序讲授为主，而PBL强调以学生的主动学习为主，将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者能够投入到问题探讨与解决过程中。PBL教学法要求设计真实性任务，强调把学习设置到较复杂、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，培养解决问题的技能和自主学习能力。

二、高职高专数字电路课程教学现状

数字电路课程是高职高专电类专业学生必修的专业基础课，也是联系模拟电路和后续各门技术课程的纽带。数字电路课程设置目的在于不但要求学生掌握本课程的基本概念、基本方法和基本实验技能，还要培养学生的综合应用能力、科学思维方式和工程实践能力。当前，国内高职高专数字电路课程的教学模式大多以教师作为知识的掌握者和灌输者，处于课堂的中心地位，给学生讲述基本概念和基本原理，即便实验课上也是如此，只是将讲授内容变成操作步骤。在该教学模式下，学生处于被动接受知识和技能的地位，很少也难以主动获得完整而有效的知识结构与能力结构，而且会养成依赖教师、难以提出问题及本来有问题但懒于思考等各种不良学习习惯。因此，迫切需要一种新的教学方法或模式，轉变学生在课堂中的从属地位，使学生成为课堂的主人，激发他们的学习兴趣和主动性，将“要我学”的教学模式变成“我要学”的学习模式。PBL教学法恰好能有效承担这样的角色，很好地达到预想的各种教学效果。

三、PBL教学法的操作流程

第一阶段：教师备课，准备问题。教师必须在充分了解学生知识结构、学习兴趣、关注焦点之后，制定若干涉及学生应当掌握的所有知识点的问题。问题可以由教师自行制定，或者从一些参考书或习题册中查找，但必须注意的是：设定的问题必须具有明确的目的性、适中的复杂度及一定的认知性。

第二阶段：向学生提出问题。教师将精心设计且能引起学生极大兴趣的问题呈现给学生，要求学生在规定时间内解决。学生完成问题的方式可以多样化：（1）查阅资料。利用学校图书馆资源及丰富的网络资源，挑选可用的知识与结论，并且加以归纳总结，作为解决问题的原始素材，最后认真写好发言提纲。（2）小组讨论或辩论。将学生分成若干小组，每个小组指定一名组长，组长由班级内学习成绩较好、组织协调能力较强的学生担任。各组以教师提出的问题为目标，明确解决问题过程中的障碍及讨论解决问题的程序、步骤与策略。该阶段需要注意分组原则：每组都应当由成绩层次不同的学生组成，以使优生带动“差生”，并且鼓励性格内向的学生多参与讨论、多发言。最后由组长整理记录发言报告，形成书面文件。

第三阶段：教师引导学生解决问题。学生在问题解决过程中会或多或少地遇到一些障碍。虽然在第二阶段的小组讨论中，通过学生间的交流可以克服一部分障碍，但是总有部分“遗留问题”是学生冥思苦想而不得的，这时，教师指导就会起到“四两拨千斤”的作用。教师不必把最终答案直接告诉学生，这样不利于锻炼与培养学生的分析问题和逻辑思维能力。教师需要找到学生疑问和问题解决的关键结合点，采用启发式提示法，以促使学生思考与解决问题。这样，学生能够在解决问题的过程中主要凭借个人能力，较少依赖他人，完全处于学习的主动状态，获得的知识和技能自然记忆深刻。这种积极探索知识和技能的过程，如同亲身经历某些事情一般，甚至可能终生难忘，与以听课为主的传统教学法相比，学习效率会成倍提高。

第四阶段：教师总结。教师的主要任务就是总结归纳在学生解决问题过程中的可取之处及出现的问题或不足，并且给予适当的表扬或者提出中肯的建议。通过教师的评价反馈，学生可以更容易地在头脑中建构完整的知识结构和能力结构，获得自主学习的自信心与成就感，并且深刻领会到在自主探索和交流讨论中需要改进的内容。

四、PBL教学法在高职数字电路教学中的应用

数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。笔者基于具体教学工作实践，以组合逻辑电路课程为例，按照第三部分论述的操作流程，详细阐述PBL教学法在高职高专数字电路教学中的应用。

1.在学习组合逻辑电路之前，尽管学生已经学习了有关逻辑代数基础及门电路的基础知识，但是对这些理论知识只有一些感性认识，对于这些知识能够运用到哪些实际领域中茫然不知。鉴于此，笔者提出一个能够引起学生兴趣、融合旧知识、有助于学生提高思维能力的难度适中的问题：在一个车间内有红、黄两个故障指示灯，用来表示三台设备的工作情况。若有一台设备出现故障，黄灯亮；若有两台设备出现故障，红灯亮；若三台设备都出现故障，红、黄灯都亮，试用与非门设计一个控制灯亮的逻辑电路。由于该问题结合现实情况比较紧密，且不抽象，因此能引起学生的好奇心和求知欲。

2.上课之前就将问题以作业形式交给学生，针对教师提出的这个故障灯的问题，学生已具备的知识是与非门的输入、输出的全部可能状态，即与非门的真值表，但是如何应用与非门的真值表实现一个具体的组合逻辑电路呢？当教师提示学生这个问题实际是一个组合逻辑电路的设计问题时，学生应该能够意识到需要到图书馆或者网络上查找有关组合逻辑电路设计方法和步骤的文献资料，并且每一个设计步骤的细节（如怎样分析事件的因果关系？如何确定输入变量和输出变量？如何定义逻辑状态的含义？怎样根据给定的因果关系列出逻辑真值表？等等）都需要学生阅读资料后才能够在自己力所能及的理解范围内找到答案。上课之后，学生以小组为单位，交流讨论各自搜集到的信息，补充各自材料中缺失的部分，最后形成统一的设计报告。通过这一类似“头脑风暴”式的小组分析与讨论，学生在与其他同学交流讨论的过程中开阔思路，取长补短，增强自身团队精神与合作意识。

3.教师介入学生讨论，扮演指导者的角色。在学生的讨论交流过程中，确定问题的疑难点，即怎样对逻辑函数进行化简和变换以使最后逻辑函数的结果符合题目要求？教师需要适时给予指教或点拨，让学生进一步思考：最后逻辑函数应该表示成为什么形式才可以用于与非门并且是最简化的？学生在教师的提示下，领悟到逻辑函数的表达式应当全部用与非的形式写出，这样就克服了整个问题中最关键的障碍。由于学生得到的答案是在教师的提示下取得的，而不是教师直接告知的，因此学生在该过程中能够真正锻炼与培养逻辑思维能力，并且由这次小小的成功获得学习乐趣和自信心。

4.教师对学生利用课余时间认真准备材料，以及在思考问题过程中采用的逻辑抽象方法给予充分肯定，并指出学生对逻辑函数的“最简”结果理解上出现的偏差。对于“最简”，学生很容易认为是电路所用器件数最少，器件种类最少，以及器件之间连线最少。但是由于题目要求用与非门实现逻辑功能，若一味套用“最简”的定义，就会出现无法克服问题障碍的困难，因而必须打破原有思维定势，并且转变固有思维方式，才能如愿将问题破解。通过上述表扬与建议的并行评价，学生能够正确、客观地认识自身解决问题过程中的优势与不足，从而增强他们看清问题本质、实际解决问题的能力。

总之，PBL教学法通过问题的提出、查找、解决与评价实现教学过程，打破当前高职数字电路教学看重教师讲授、轻视学生思考的传统教学模式，极大地激发学生自主学习的动机、兴趣和行动力，在教学中与其他教学方法结合使用，将会充分增强教学效果。

参考文献：

[1]汤晓春，拜晓霞.PBL在中职计算机教学中的应用.教育科学，2009.

[2]阎石.数字电子技术基础（第四版）.高等教育出版社，1998.12（2002重印）：135-136.

[3]张锁良.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社，2011.8：149.