PBL教学模式在单片机教学中的探索与实践

原琳 明颖 程海军

摘 要：传统单片机课程教学大多存在重理论轻实践的问题，学生大多死记硬背老师课程灌输的程序，而不能真正地体会到单片机课程学习的实用性，学生学习热情不高。文章针对以上单片机教学中存在的问题，提出了一种基于PBL（problem-Based learning）教学模式的单片机教学。介绍了PBL教学模式，并将PBL教学模式与传统单片机教学模式进行了比较。同时，阐述了具体如何开展基于PBL教学模式的单片机教学。在单片机教学中，以问题为驱动，使学习者以解决实际问题为目标的方式去学习，极大地激发了学生学习兴趣，得到了显著的学习效果。

关键词：PBL教学模式；单片机课程；教学实践；学习者

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）11-0101-03

Abstract： Most of the traditional single-chip course teaching problem is paying more attention to theory than practice. Most of the students learn the course by rote and can not really appreciate the practicality of the course. Students are not enthusiastic about learning. Based on the above problems in single-chip course teaching， this paper puts forward a kind of single-chip teaching based on PBL （problem-based learning） teaching mode. After introducing the PBL teaching model，the PBL teaching model and the traditional teaching model were compared. At the same time， it elaborates how to carry out single-chip teaching based on the PBL teaching mode. In the single-chip teaching， with problem as driving power， the PBL teaching model enable learners to solve practical problems as the goal of learning and it also greatly stimulated the students' interest in learning and get a significant learning effect.

Keywords： PBL teaching model； single-chip course； teaching practice； learner

单片机课程，即单片机原理及接口技术课程，是电气类及电子工程类专业必需掌握的核心课程。该课程的特点是知识点多而零碎，课程实践性较强。传统的讲授式教学模式，把老师作为课堂的核心和领导者，学生只是被动的听讲，这样的方式难以激发学生的学习兴趣和调动学生学习的积极性。导致学生大多采用死记硬背编程程序的方式去学习，对知识掌握不透彻，学习效果一般。因此，我们必须对单片机课程教授方式进行改革，采用PBL可以做到真正的以学生为中心，让学生成为课堂的主动参与者，从而增强学生学习动力。

一、PBL教学模式简介

基于问题学习（PBL）的教学模式，最早应用于医学领域的教学，由于良好的教学效果，随后，应用于各个领域的教学当中。其主要作用是培养学生基于问题式的实践动手能力和解决问题的能力，同时培养学生相互协作的能力。

PBL教学模式实际上是由若干个精心设计的问题所组成，围绕问题为中心，让学生综合运用自身所学知识进行调查和研究，在解决问题的过程中，使学生灵活的运用了相关概念和知识，从而进一步的培养了学生理解问题、分析问题和解决问题的能力。从解决问题的过程中使学生体会到了运用所学知识解决实际问题的相关经验，激发了学生的学习兴趣，增加了学生的学习动力。

二、PBL教学模式与传统教学模式比较

本文从主要教学要素：教学目标、教学方式、教学控制、教学资源、教学策略、教学环境、教学评价、教师和学生等诸多方面将PBL教学模式与传统教学模式进行了比较。

（一）教学目标

传统教学模式是以知识为本位，要求学生记住所学概念，掌握相关原理，完成课后习题即可。与传统教学模式相比，PBL教学模式以学生发展为本位，实现“掌握知识，发展智能、陶冶情操”的三维教学目标。

（二）教學方式

传统教学模式采取“教师讲，学生听”的教学方式，教师按照自己的知识经验来设计教学过程。PBL教学模式采用的是以问题为导向，学生在教师的辅导下分析问题、提出问题、解决问题，实现自主的学习。

（三）教学控制

传统教学模式由于采用大班授课的方式，教师只能根据学生总体的学习情况调整教学步骤，因此教师很难全面顾及学生的基础差异。采用PBL教学模式，教师是依据学习者的特征设计问题，根据学生的个体差异组合学习小组，使每一名学生的潜能得到最大的激励与发挥。

（四）教学资源

传统教学模式的教学限制在课堂之内，学习信息的主要来源是课本、挂图、板书、PPT，偶尔的穿插放映一些教学录像，信息非常单一的传递给学习者。PBL教学模式中学习活动超越了教室的界限，为了分析、思考某些问题学生利用图书馆、互联网、教科书等资源，学生可接触到的信息得到了空前的扩展。

（五）教学策略

传统教学模式以单一的形式将信息传递给全体学生。PBL教学模式采用师生合作、生生合作的方式解决问题，学生在多种情境中获取并应用知识。

（六）教学环境

传统教学模式的学习是以个人为中心的，学习者相互之间具有竞争性。PBL教学模式采用学习以小组合作的形式完成，学习者是在相互合作的、相互支持的环境中学习。

（七）教学评价

传统教学模式的学习效果评价是以完成特定的教学任务来评定学习者的学习成绩，以成绩优良来划分学生等级，教师是唯一的评价者。PBL教学模式的教学评价是以学生解决实际问题的能力为参照，注重的是过程而不是结果，实行真实的、基于绩效的评价，包括自我评价、小组凭借教师评价相结合。

（八）教师

传统教学模式中，教师的角色是课堂的主宰者，是知识的传授者。教师独立工作，以向学生传递前人经验知识为主。PBL教学模式中，教师是教学的组织者与辅导者，教学过程中，教师与学生相互合作，以指导学生获取解决问题的方式为主。

（九）学生

传统的教学模式，学生是信息的被动接受者，是装载知识的“容器”，学习的主要任务是记忆并重复前人经验知识为主的信息。PBL教学模式中，学生是具有自我指导学习理念和能力的、主动的学习者，学习的任务不仅要进行知识意义的建构，还要形成解决问题、与人合作、进行创新等多种能力。

三、单片机教学过程中存在的问题

单片机课程基于其课程的性质特点，是一门实践操作性比较强的课程。传统单片机教学中，多以理论讲授为主，采用主讲教师一言堂的教学模式。即教师在讲台上以个人经验及知识理解力向学生讲授知识，学习者课堂上大多只是机械的听，跟随老师的讲授板书盲目的记着笔记，课上难以真正的理解单片机课程的精髓。课下，为了应付考试，学习者又紧锣密鼓的忙碌着背书，背考试重点。学生的实践操作性非常差，背离了单片机课程的教学初衷。

四、基于PBL的单片机教学模式

鉴于传统单片机教学模式中，重理论，轻实践，重考试，轻应用的现状，笔者提出一种基于PBL的单片机教学模式。这种教学模式可以有效的调整以往单片机教学模式中存在的弊端。使学生在学习单片机的过程中，以解决具体问题为核心，教师在整个教学过程中，循循善诱，使学生能够基本通过自主学习完成学习任务，极大的激发了学习者的学习兴趣，能够做到“学以致用”。

（一）PBL教学模式制约因素

PBL教学模式的三大制约因素为：问题情境、学习者及教师。在单片机教学中，如何处理好三者关系是基于PBL教学模式得以开展的重要保证。

1. 问题情境

问题情境的设置是单片机课程的组织核心。设置问题时，使学生置身于问题之中，多角度的看待问题，问题的情境能够吸引并且保持学生的兴趣，激发他们积极的寻求解决问题的方法。基于PBL教学模式的单片机教学，问题的设置必须具有开放性，促使学生解决情境问题的答案不止一种。问题情境的设置还应具有真实性，问题设置要和生活实践紧密相连，以激发学习者的学习兴趣。同时，问题的设置还应具有宽泛性，给出的已知条件没有明确的限定，给学习者足够的发挥空间去发掘解决问题的方法。通过以上这些原则，设计的问题既非常接近生活实际，又使问题非常纷繁复杂，使学习者很难简单的通过以前掌握的固有的知识去套用的解决问题。问题情境是学习者产生了“认知冲突”，极大的激发了学习者的学习兴趣。基于问题情境的教学有助于培养学习者的思维创新能力。基于PBL的单片机教学模式中，必须通过解决问题的模式来组织高水平的教学。使学习者在通过解决问题的过程当中对自己已掌握的知识不断的反思，通过对原有知识的不断重组改进和扩展，最终达到学习新知识的目的。基于PBL的单片机教学中，问题的设置必须具备有利于促进学习者学习的功效。

2. 学习者

基于PBL模式的单片机教学，在整个教学过程中，都是以学生为主体，使学生可以自主的学习。使学习者在之前所学知识的基础上，架构自己可以解决问题的方法。在构思解决所提出的问题之前，应该研究相关的各种与解决问题相联系的方法，然后确定初步的解决方案。确定初步解决方案后，小组内成员各自就开始收集解决问题相关的资料，然后进行小组成员讨论。小组讨论后，小组各成员再各自反思自己的解决问题的方案，并反复推敲，最终确定一个最佳的解决问题的方案。在一个任务完成阶段，各个学习者通过自我反思与自我评价，以及小组成员的相互点评，最终完成所学知识的建构。实现在解决问题的过程中，激发学习者联系现有知识，并积极主动学习未知的知识，最终达到新知识的学习的目的。

3. 教师

基于PBL教学模式的单片机教学，在整个教学过程中，教师扮演的是知识引导者的角色，更多的是靠师生的配合来完成问题的解决。这种教学模式，与以往的以教师为中心的课堂教学模式完全不同，教师不再是课堂的主导者，而变成了单片机教学活动中的促进者，组织者，督导者以及评价者。教师首先估计学习者的能力，针对学习者的学习能力，向学习者提出实现一定功能的编程设计要求，并在学习者编程及功能设计实现过程等关键步骤中给予指导，帮助学生指点迷津，搭建学习框架，与学习者共同解决问题。通过师生共同努力使学生利用单片机编程实现一定的功能及直观显示效果，如点亮流水灯实验和数码管显示实验等，激励学习者进行自我评价，及自我知识架构认知。

（二）學习者的特征分析

任何一种教学模式的设计，其最终目的都是为了更好的促进学习者的学习。对学习者的特征分析，其目的是为了对学习者的基本情况有大致的了解，以便根据学习者的自身特点，制定相应的教学方法，及提出适当的问题，使学习者在现有知识的基础上，略有提高即可解决的问题。而不至于问题设置的太简单或太复杂。基于问题的单片机教学模式，若问题设置得过于简单，会使学习者没有挑战性，难以在现有知识的基础上有所长进。若问题设计得过于复杂，超出学习者现有知识的范围很大的话，会使学习者产生畏难的心里，不能够激发学生的学习兴趣。综上所述，在设置问题前，必须充分的了解学习者的学习特征，合理设计问题。如学生在学会使用I/O口的基本技能时，可以设计一个实验，让学生通过I/O点亮一个灯。再学会点亮一个灯的基础上，可以让学生联系用I/O使灯进行闪烁显示。通过这样由浅入深、循循善诱的方式，问题既不能太难，也不能过于简单。在学习者掌握现有知识的基础上略有扩展，从而极大的激发学习者的学习兴趣。

（三）制定教学目标

教学目标的制定，其目的是促使学习者向着既定的学习目标学习。在整个教学模式中，教学目标设计得是否规范、具体、明确，直接影响着我们的教学方向和教学效果。在单片机教学中，教学目标的设定，重在培养学生的实践动手能力和知识综合运用能力。所有的教学环节都要围绕着这一教学目标进行。

（四）教师的作用

在基于PBL的教学模式中，教师的作用也发生了翻天覆地的变化。教师的角色不再是课堂的绝对领导者，而是成为了学习者的引导者，解惑者及督导者。当学习者在单片机编程调试解决问题时，遇到了程序报错或应有功能难以实现等实在难以逾越的问题时，教师可以发挥其引导和解惑者身份的作用，给予学生适当的帮助，教会学生调试程序的思想及指出易错的地方，为其指点迷津，以便继续的更好的去解决问题。

（五）制定评价体系

教学评价直接影响着学习者的努力方向，因此，好的教学方法教学评价体系是非常重要的一个环节。基于PBL模式的单片机教学不再简单的以一张卷子的分数高低评价体系，而是科学的、全面的对学习者作出评价。通过验收学生运用单片机解决问题的基本能力，及其在解决基本问题上的发挥能力给学生一个综合评价。一方面，评价的主体多元化。在基于PBL模式的单片机教学中，评价的主体不再单单是教师一个人，而是由多方主体给予评价。其中包括学习者的自评，组内互评和教师评价等多方进行评价。如教师给出一个任务，验收时让学生演示并讲解，评价时除老师外，其他同学也可对其作品发表意见，给予评价。另一方面，评价的内容多元化。基于PBL教学模式的单片机教学，其教学评价内容不再仅仅依靠期末考试一张卷子，而是全方位多角度的对学习者作出评价，采用期末理论考试加上机操作的方式考核。理论考试占总成绩的70%，上机操作占总成绩的30%，通过两部分得分给学生一个综合评价。

五、结束语

基于PBL模式的单片机教学与传统的单片机教学模式相比，是一种使学习者基于问题的学习模式。教师根据学习者所掌握知识情况，为其设置问题，所设置问题的难易程度是使学习者在现有掌握知识的基础上，略有扩展，便可解决。在通过运用所学知识解决问题的过程当中，使学习者真正的感受到了所学知识的实用性，从而极大的激发了学习者的学习兴趣，学习者由传统课堂上被动的听，变成现在主动的学，获得了较好的学习效果。

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