问题导向教学法在《数字电子技术》课程中的应用研究

谭文群，樊飞燕，邹宝娟，包学才，张志鹏

(1.南昌工程学院 信息工程学院，江西 南昌；2.南昌工程学院 江西省水信息协同感知与智能处理重点实验室，江西 南昌)

一 引言

《数字电子技术》是应用型本科高校通信工程专业的骨干课程，是我校第二批重点建设课程，理论性和实践性较强，在2020年疫情期间，被江西省教育厅评为线上优质课程，近年来，团队成员主持或参与校级以上教改课题6项，发表教学研究论文4篇，2020年，获批1项以数字电子技术课程为基础的省级教改课题：基于问题导向教学法的《数字电子技术》教学改革与实践研究。

以前《数字电子技术》这门课程运用的是单向知识传授的四段式教学方法，即“预习、听课、复习、考试”，师生互动不够，学习兴趣和积极性不高。老师不停地灌输知识，使得学生独立分析问题、独立解决问题的能力不能有效得到锻炼，当然也就没有好的学习效果。

问题导向教学法（Problems-Based Learning，简称：PBL），在二十世纪六、七十年代，美国和苏联开始创立这种教学方法[1]，该方法最早运用于医学教学领域，先后在60多所医科院校中推广、改正。近年来，问题导向教学法被应用到越来越多院校的学科专业教学中，并取得了较好的效果。我国某些院校（如上海第二医科大学、暨南大学、第四军医大学等）有关PBL教学法的研究，它们有的在医学基础课、有的在临床实践课中都获得了不错的成绩。这些高校研究的共同之处：一是改变了灌输式、填鸭式、被动式的授课方法[1]，将复杂且有意义的问题植入学习课堂中，训练学生的逻辑思维能力与分析解决问题的能力。二是相关的应用研究基本上是针对医学学科教学领域，而对工程学科的理论和实践教学应用研究较少，且收效甚微。

本课题拟在应用型本科通信工程专业《数字电子技术》课堂教学过程中，引入问题导向教学法进行课程教学改革和实践研究，将有意义的有兴趣的复杂问题植入教学课堂，采用“学生积极参与、探索创新、合作共赢”的以学定教的教学方式[2]。

二 教学改革的总体思路

PBL强调学生主动参与学习，以电子通信学科不同问题为学习的起点，将有意义的有兴趣的复杂问题植入课堂[3]。通过分析课程目标，优化教学内容，使得同学通过各种途径找到解决问题的方法。在分析问题和解决问题过程中，学生融入团队，积极协作，各自探讨，寻求隐含在问题深处的科学道理，培养了学生积极主动学习的能力，创新思维能力得到了锻炼。老师扮演的角色是：问题的提出者、课程的设计者以及结果的评估者[3-4]。

《数字电子技术》具有系统的理论性和较强的实践性，具有一定的抽象性。包括我校在内的诸多应用型本科高校《数字电子技术》的课时少，内容多，上课进度快，学生感觉吃力，最终放弃学习；还有部分学生对此门课程不感兴趣，为了考试而学习，对知识点只是简单机械的记忆。这些都严重阻碍了学生的自我学习能力，学生学习效果较差，达不到课程预期的培养目标。

基于《数字电子技术》的课程特点及我校学生的学习现状，课题组尝试将PBL教学法应用到我校《数字电子技术》的教学中，将64理论学时的授课方式做一些调整，原来64学时全部采用PPT+板书的形式授课，现在采用PPT+板书+PBL的混合式授课，即48（课本中涉及到基础知识、原理部分章节，采用PPT+板书的形式授课）+16（课本中涉及到分析、设计部分的章节，采用PPT+板书+PBL的形式授课），意义在于以问题导向教学为中心、以学生为主体、以教师为主导，激发了学生的主动性和积极性，考察学生组织协调能力和团队合作意识，可以从根本上解决我校数字电子技术课程教学存在的问题。

三 教学建设内容

（1）研究在《数字电子技术》中适用PBL教学法的教学内容：首先根据教学大纲制定新的授课计划和编写与之对应的教案，其次针对适用PBL教学法的教学内容，编制行之有效的实际问题库。课题组已编制30个各类问题，目前还在不断完善中。研究影响PBL教学法实施效果的重要因素。

（2）在电子信息类本科生教学班进行PBL教学法的教学改革教育实验，课程授课学时全部完成后，设计问卷调查表并分析统计，表格包含以下内容：学生对PBL教学法认可度、对《数字电子技术》满意度、PBL教学法效果的定性结论以及对本课程的期望值等，融入过程环节评估和结果环节评估的定量考核[4]，通过教育实验来评估教学改革的效果和使用价值。

（3）科学合理的评价是促进学生学习的重要手段。PBL教学法是强调学生的参与性与师生的互动性，以学生的主动学习为教学的中心，以专业领域内各种问题为学习起点，老师在此过程负责提出问题、设计课程和评价结果。通过对实验班的期末成绩分析、试卷分析、问卷调查表的统计分析及学生的学习效果反映，归纳和总结该质量评价体系。

四 教学活动程序设计

问题导向教学法搭建了一个上课老师、小团队和学生个人组成的多元化评价主体框架，设计课前、课中和课后三段法，收集各个小组内部评价和小组与小组之间评价的评议结论，整理各种评价数据、分析处理信息、总结归纳评价结果，并及时准确地给学生反馈，督促学生重新规划学习方法、创造学生主动学习热爱学习的氛围、从而提高学习效果，促使学生持续改进[5-6]。PBL教学法的教学环节如图1所示。

图1 PBL教学法的教学环节图

（1）分组：教师通过对实验班学生专业基础及学习任务需求的分析，对学生进行分组。

例如：在我校2020-2021-2学期，数字电子技术课程讲授时，根据授课计划中针对适用PBL教学法的教学内容，教师对2019级通信工程专业2班40名学生分成10组，即每组4名学生。

（2）提出问题：教师准备资源，以学定教。教师课前将《数字电子技术》中的概念、原理和设计方法，从学生的角度出发，考虑其学习兴趣和热情，精心设计问题。

例如：在讲授“组合逻辑电路设计”这一小节时，课前就将电路设计的问题发布给了5个小组，并简单讲述了电路设计时注意的事项：将题目描述的逻辑命题转换成真值表、根据真值表写出逻辑表达式并化简输出逻辑函数表达式、根据化简结果及选定的逻辑门电路，最后画出逻辑电路图。

（3）分析问题：学生通过与教师的沟通明确问题解决的目标，理解基本概念并现场发表自己的看法，师生共同探讨，也可质疑问答。

（4）多角度、深层次探讨：教师发布讨论、随堂测试以及实时反馈点评；各个小组成员之间基于问题的基本原理和技术进行激烈讨论，分析处理信息并判断其可靠性，然后评价自己与他人的信息[7]，从而生成新的解决问题的方案。

（5）内容汇报：各小团队可制作PPT课件、依托仿真软件、撰写报告及小论文等各种形式，汇报本小组完成过程及取得的结论；老师实时进行点评。

（6）评价反思：教师回顾总结，答疑解惑；各小组之间进行评价，反思解决问题的过程，并加深对知识的了解。

（7）课后练习，巩固拓展。课后教师发布练习，布置拓展内容；学生提交个人练习，参与讨论。

在数字电子技术课堂教学活动中，引入PBL教学模式，考察了学生组织协调能力和团队合作意识，体现了“以问题为主线，以教师为主导，以学生为主体”的新建本科院校的教育理念。促进教师角色的转变，老师在此过程负责提出问题、设计课程和评价结果。确立了学生主体地位，老师将问题植入课堂，将授课、讨论、汇报、评价反思、练习等多种形势相互融合，使学生主动学习热爱学习，分析解决问题的能力和逻辑思维创新能力得到了训练[4,8]。

例如：在课堂上通过PPT课件、依托仿真软件不能解决的问题，教师把学生带到实验室通过动手做实验来验证或解决。但有些实验室设备老化，基本上只能开设传统单一性实验、实验人员缺乏，只能开设演示验证性的实验，学生毫无兴趣做实验，教学效果很不理想。如：信号分解与合成实验合成效果不够好，分解的谐波次数不够高，且信号分解的频率固定，教师就启发学生拟考虑用数字的方法实现以改善上述缺点。于是小组学生立即着手查资料、制定方案、画电路图、编程序、用软件仿真、做实物，不断调试不断修改，不断请教老师不断谈论，最后自制了一套设备——信号分解合成数字化及FIR二次开发实验装置，此实验装置能进行400Hz、500Hz、600Hz方波信号的分解及合成；信号分解实验能分解1-7次谐波及8次及以上的谐波；FIR滤波器二次开发实验能结合matlab的程序进行滤波器的设计，matlab设计好的参数能够下载到DSP中运行。锻炼了学生的动手能力和科研创新能力，提高了学习兴趣，获得了学校的奖励。

五 结语

通过研究PBL教学法在《数字电子技术》教学中的适用性和教学效果，可推动高等院校对教学方式和教学理念的转变，同时还可以为其他学科开展教学改革提供有益的借鉴。每年有三百多名学生可从中直接受益，提高了学生主动学习热爱学习的良好习惯，激发了学生的学习热情和学习原动力[4,9]，培养了学生的创新精神和创新能力。课题实施阶段的主要试点班级为南昌工程学院通信工程或电子信息工程等相关专业2018-2020级本科生行政班级。之后可在全省乃至全国应用型本科院校通信工程等相关专业中推广应用，也可为其他课程的教学改革与实践研究提供有益借鉴。