以问题为导向的课程教学实践——高职《微机原理与接口技术》课程教学改革

骆 峰 陈 帆 杨 帆 李 智 胡 菡 张 磊

(武汉软件工程职业学院 机械工程学院 武汉：430205)

以问题为导向的课程教学实践
——高职《微机原理与接口技术》课程教学改革

骆 峰 陈 帆 杨 帆 李 智 胡 菡 张 磊

(武汉软件工程职业学院 机械工程学院 武汉：430205)

基于PBL教学法讨论了《微机原理与接口技术》课程的教学设计，结合教学实例介绍了PBL教学中如何创建情景问题以及课程实施的具体步骤。结果表明：基于PBL的良好教学设计对提高教学效果和质量有着积极地推动作用。

PBL；情景问题；教学设计；问题导向；微机原理；教学改革

《中国制造2025》部署全面推进实施制造强国战略，“智能制造”被定位为中国制造的主攻方向。智能制造需要制造业人才掌握计算机、通信、自动化等专业的相关课程。为培养大批掌握智能制造技术的高素质复合型人才，机械制造及相关专业普遍开设了《微机原理与接口技术》这门计算机专业的传统课程。这门专业技术基础课的教学成效对提高制造业人才培养的质量具有重要作用。Problem-Based Learning(PBL)，也称作问题式学习，是一套设计学习情境的完整方法。基于对PBL认知，现将此教学法应用于在《微机原理与接口技术》课程教学设计中。

1 教学对象分析与教学目标

《微机原理与接口技术》课程的教学对象是高职自动化专业学生，相对于本科生来说，他们对理论学习缺少主动性，习惯“被教学”，但实践操作积极性较高，时常参加各类以实操为主的竞赛。PBL教学法有助于增强学生学习的主动性和积极性，从而提高他们的学习质量。在学习《微机原理与接口技术》课程之前，学生先修过《电工电子技术》、《C语言编程》等课程，具有一定基础专业知识。

本课程的教学不仅需要使高职学生了解计算机的基本组成部件、逻辑功能、工作原理、微机的硬件结构及接口技术以及相应的软件控制方法，更重要的是让学生掌握微机应用系统软硬件的设计、开发、调试技术，形成较好的微机控制系统实际应用能力，为今后从事生产第一线的技术和管理工作以及进一步提高科学技术水平打下坚实的基础，同时结合本课程的特点培养学生观察分析问题和动手解决问题的能力[1]。

2 课程实施

PBL教学法是以问题为中心的教学方法，为了解决问题而学习、通过解决问题来达到学习目的[2]。PBL情境问题的构建是教学设计的核心和关键。常规教材中阐述的问题直接揭示科学概念而人为设计，对问题界定了限制条件，提供解决问题的规则和原理，对于解决问题有着明确方法和步骤。这样的问题设计适用于常规教学方法。对于PBL教学法来来说，教师需要巧妙的设计劣构问题，问题要来源于日常生活实际，并且难以确定解决问题的方法和步骤，需要通过尝试不同的解决方案去寻找最佳的解决办法。

2.1 情景问题设计

PBL问题情境的构建是PBL教学法的关键步骤，教师应事先确定具体的教学目标，编写PBL问题应该与教学内容密切结合，帮助学生主动回顾已掌握的知识，并自然进入所要学习的新的知识领域，最终达到预期的知识技能目标[3]。

本课题课程实施的对象为自动化专业的学生，他们中大多数人都参加过智能机器人大赛，而智能机器人本质上是一个以计算机为核心的自动测控系统，学生们对智能机器人的控制系统有一定的感性认识，因此，笔者将智能循迹小车的控制系统设计与制作作为整个课程的总情景，这门课程所要解决的总问题是如何设计与制作智能循迹小车的控制系统。

在构建好全局情景问题后，需要把这个总问题分解为多个子问题，让学生通过解决一系列的子问题来达到解决总问题的目标[4]。在实际教学设计中，可以根据本课程的知识能力目标将总问题分解为以下几个子问题模块来实施PBL教学(表1)。

表1 PBL教学模块

这五个单元的顺序与常规《微机原理与接口技术》的教材内容安排不同。常规教材一般把处理器以及微机的组成原理安排在目录接口技术前面，在实际教学中不少学生在老师讲授微机工作原理部分就因为难以理解而产生厌学情绪。而在PBL教学法中，从学生实际出发，基于他们的专业基础及实操能力，特别是考虑到他们智能机器人比赛中有过计算机控制语言编程的经历，对计算机接口编程比较容易上手入门，因此把计算机接口技术相关内容安排在整个课程实施的前半部分。学生对微机系统接口部分编程能够直观看到智能小车在自己编写的程序下做出相应动作，无形中提高了学习兴趣和信心，为后续学习理论性更强的原理知识作好了铺垫。此外，在教学内容上摒弃了常规教材中常见的汇编语言编程部分，因为现代底层软件开发以使用C语言为主，复杂难懂的汇编语言在实际开发应用中逐步被淘汰。在实际教学设计中，以微机系统的电源设计技术取代了汇编语言编程部分，增强了对学生硬件应用设计能力的培养。

2.2 单元教学过程设计

如前文所述，整门课程被分为五个教学单元来进行，每个单元都有按照教学目标设立的一个子问题，教师需要进一步分解这些子问题以引导学生查阅资料寻找解决问题的办法。如果不把这个问题进行分解简化，学生难以快速上手查阅到有效资料去解决问题。将问题细化后，学生能够根据以往所掌握的知识和技能，自行查阅所需的资料，在探索中学习新的知识从而解决问题。

第一个教学单元的子问题为“智能小车如何巡线前进”，教学实践中作者把这个问题分解为了4个小问题：1.智能小车的微机控制系统需要知道小车当前时刻有没有偏离航线的趋势，什么传感器能感知小车的偏离程度？2.传感器感知小车的偏离程度后，以什么方式如何告诉微机控制系统？3.微机控制系统只能接收数字量，微机控制系统有哪些接口可以接收外部信息？串行还是并行传输？4.微机控制系统运行的软件由C语言编写，C语言程序如何从指定接口获取外部信息？

第二个教学单元的子问题为“智能小车如何实现转向运动”，教学实践中作者把这个问题分解为了4个小问题：1.智能小车的机械本体如何实现转向？2.智能小车的电机如何调速能实现小车转向？3.微机控制系统如何对电机进行调速？4.微机控制系统运行的软件由C语言编写，C语言程序如何从指定接口输出控制信息？

第三个教学单元的子问题为“小车运动需如何供电”，教学实践中作者把这个问题分解为了4个小问题：1.微机系统需要什么样的电源？2.如何从插座或电池获取微机系统所需的各种电压？3.如何使用DCDC与LDO 给微机系统各单元供电？4.如何合理使用多节电池给微机系统供电？

第四个教学单元的子问题为“小车运动程序如何存储和运行”，教学实践中作者把这个问题分解为了4个小问题：1.微机系统有哪些类型的存储器，在应用上有什么不同特点？2.程序的存储和运行分别是在什么类型的存储器上？ 3.如何组建和扩充微机系统的存储容量？4.微机CPU如何读写存储器？

第五个教学单元的子问题为“智能小车控制系统如何设计”，教学实践中作者把这个问题分解为了5个小问题：1.智能小车可以采用哪些类型控制系统？2.微机控制系统中的微处理器有哪些类型和型号？3.什么样的微处理器适合做智能小车的运动控制？4.处理器需要协同哪些外设来控制小车运动？5.微处理器与外设之间如何通过总线联系？

在单元教学的具体实施过程中，教师需要将一个教学班的学生分成若干组来进行教学。学生小组的各成员首先分析老师提出的问题，讨论解决问题还需要哪些新知识，给出解决问题的初步方案。在小组讨论的过程中，指导教师要给予一定引导，既要防止学生讨论的方向和教学目标发生偏离，又要不过度的影响学生自我发挥。在查阅相关书籍资料的基础上，包含互联网搜索，小组成员在自行掌握了新知识的基础上得到各自解决问题的方法，再经过小组深入讨论交流，最后形成统一的答案。各小组的组长将问题的最终结果向指导教师和其他组的同学们做展示，指导老师进行点评，并在所有小组展示结束后阐明解决问题过程中所涉及的新知识点，也就是本门课程所需学习的新知识，而这些新知识已在解决问题的过程中被学生所了解和掌握。

《微机原理与接口技术》是一门专业技术基础课，理论性比较强，完全依靠学生自己查阅资料解决问题对学习基础相对薄弱的高职学生来说难度较大，教学进程也难以保证。为提高教学效率，在PBL教学法的大框架下，教师也可以适当进行传统的理论讲授来帮助学生准确定位所要探索学习的目标。

3 结束语

对于PBL教学法而言，恰当情景问题的创设是优秀教学设计的灵魂。教师设计的情景问题除了要依托于课程内容，保证与教学目标的一致之外，还应当很好地与学生已具备的知识与经验相适应，问题难度要适中，难度过高和过低都会不能充分发挥学生自主探索资源和解决问题的积极主动性，最终影响到教学成效。在我校自动化专业学生的试点教学过程中发现，学生普遍都对课程的形式和内容感兴趣，在老师的指导帮助下均能形成较为完善的问题的解决方案，并从中主动学习和掌握了该门课程的知识和技能。在后期跟踪调查中对比发现，采用PBL教学法后学生动手能力明显增强，毕业设计均能高质量独立完成，部分学生还多次参加技能大赛获奖，到企业实习的学生也收到企业好评。

[1] 杜波.在单片机课程中开展PBL教学法培养应用能力的研究与实践 [J].长春工程学院学报(社会科学版)，2016，17(3):117-120.

[2] 黄钢，关超然.基于问题的学习(PBL)导论[M].人民卫生出版社，2014:42-43.

[3] 刘丽霞.浅谈PBL在程序设计教学中的应用[J].教育现代化，2016，9(27):165-166.

[4] 段亚平,曲妮,李勇,等.PBL案例的设计与编写[J].中国高等医学教育，2011，(3):57-58.

Problem-BasedLearningTeachingPractice——PrincipleofMicrocomputerandInterfaceTechnologyCourseInnovationinVocationalCollege

Luo Feng Chen Fan Yang Fan Li Zhi Hu Han Zhang Lei

(School of Mechanical Engineering, Wuhan Vocational College ofSoftware and Engineering, Wuhan 430205, Hubei)

Expounding the teaching design of the PBL teaching method to Principle of Microcomputer and Interface Technology course, this paper introduces how to offer proper contextual issues in the course and implement steps through the concrete teaching examples. The results show that excellent teaching design of PBL pedagogic practice plays a positive role in the promotion of the effect and quality of teaching.

problem-based learning; contextual issue; teaching design; problem-based; principle of microcomputer; teaching reform

李文英)

2017-09-30

2017-10-13

武汉市教育局市属高校教学教研重点项目(编号2015030)

骆 峰(1978～)，男，硕士，讲师，工程师.E-mail：53490320@qq.com.

G712

A

1671-3524(2017)04-0079-03