駱 峰 陳 帆 楊 帆 李 智 胡 菡 張 磊

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 武漢：430205)

以問題為導(dǎo)向的課程教學(xué)實(shí)踐
——高職《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程教學(xué)改革

駱 峰 陳 帆 楊 帆 李 智 胡 菡 張 磊

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 武漢：430205)

基于PBL教學(xué)法討論了《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，結(jié)合教學(xué)實(shí)例介紹了PBL教學(xué)中如何創(chuàng)建情景問題以及課程實(shí)施的具體步驟。結(jié)果表明：基于PBL的良好教學(xué)設(shè)計(jì)對提高教學(xué)效果和質(zhì)量有著積極地推動作用。

PBL；情景問題；教學(xué)設(shè)計(jì)；問題導(dǎo)向；微機(jī)原理；教學(xué)改革

《中國制造2025》部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，“智能制造”被定位為中國制造的主攻方向。智能制造需要制造業(yè)人才掌握計(jì)算機(jī)、通信、自動化等專業(yè)的相關(guān)課程。為培養(yǎng)大批掌握智能制造技術(shù)的高素質(zhì)復(fù)合型人才，機(jī)械制造及相關(guān)專業(yè)普遍開設(shè)了《微機(jī)原理與接口技術(shù)》這門計(jì)算機(jī)專業(yè)的傳統(tǒng)課程。這門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課的教學(xué)成效對提高制造業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量具有重要作用。Problem-Based Learning(PBL)，也稱作問題式學(xué)習(xí)，是一套設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境的完整方法。基于對PBL認(rèn)知，現(xiàn)將此教學(xué)法應(yīng)用于在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)中。

1 教學(xué)對象分析與教學(xué)目標(biāo)

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的教學(xué)對象是高職自動化專業(yè)學(xué)生，相對于本科生來說，他們對理論學(xué)習(xí)缺少主動性，習(xí)慣“被教學(xué)”，但實(shí)踐操作積極性較高，時常參加各類以實(shí)操為主的競賽。PBL教學(xué)法有助于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，從而提高他們的學(xué)習(xí)質(zhì)量。在學(xué)習(xí)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程之前，學(xué)生先修過《電工電子技術(shù)》、《C語言編程》等課程，具有一定基礎(chǔ)專業(yè)知識。

本課程的教學(xué)不僅需要使高職學(xué)生了解計(jì)算機(jī)的基本組成部件、邏輯功能、工作原理、微機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及接口技術(shù)以及相應(yīng)的軟件控制方法，更重要的是讓學(xué)生掌握微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試技術(shù)，形成較好的微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用能力，為今后從事生產(chǎn)第一線的技術(shù)和管理工作以及進(jìn)一步提高科學(xué)技術(shù)水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時結(jié)合本課程的特點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生觀察分析問題和動手解決問題的能力[1]。

2 課程實(shí)施

PBL教學(xué)法是以問題為中心的教學(xué)方法，為了解決問題而學(xué)習(xí)、通過解決問題來達(dá)到學(xué)習(xí)目的[2]。PBL情境問題的構(gòu)建是教學(xué)設(shè)計(jì)的核心和關(guān)鍵。常規(guī)教材中闡述的問題直接揭示科學(xué)概念而人為設(shè)計(jì)，對問題界定了限制條件，提供解決問題的規(guī)則和原理，對于解決問題有著明確方法和步驟。這樣的問題設(shè)計(jì)適用于常規(guī)教學(xué)方法。對于PBL教學(xué)法來來說，教師需要巧妙的設(shè)計(jì)劣構(gòu)問題，問題要來源于日常生活實(shí)際，并且難以確定解決問題的方法和步驟，需要通過嘗試不同的解決方案去尋找最佳的解決辦法。

2.1 情景問題設(shè)計(jì)

PBL問題情境的構(gòu)建是PBL教學(xué)法的關(guān)鍵步驟，教師應(yīng)事先確定具體的教學(xué)目標(biāo)，編寫PBL問題應(yīng)該與教學(xué)內(nèi)容密切結(jié)合，幫助學(xué)生主動回顧已掌握的知識，并自然進(jìn)入所要學(xué)習(xí)的新的知識領(lǐng)域，最終達(dá)到預(yù)期的知識技能目標(biāo)[3]。

本課題課程實(shí)施的對象為自動化專業(yè)的學(xué)生，他們中大多數(shù)人都參加過智能機(jī)器人大賽，而智能機(jī)器人本質(zhì)上是一個以計(jì)算機(jī)為核心的自動測控系統(tǒng)，學(xué)生們對智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)有一定的感性認(rèn)識，因此，筆者將智能循跡小車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作作為整個課程的總情景，這門課程所要解決的總問題是如何設(shè)計(jì)與制作智能循跡小車的控制系統(tǒng)。

在構(gòu)建好全局情景問題后，需要把這個總問題分解為多個子問題，讓學(xué)生通過解決一系列的子問題來達(dá)到解決總問題的目標(biāo)[4]。在實(shí)際教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)本課程的知識能力目標(biāo)將總問題分解為以下幾個子問題模塊來實(shí)施PBL教學(xué)(表1)。

表1 PBL教學(xué)模塊

這五個單元的順序與常規(guī)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的教材內(nèi)容安排不同。常規(guī)教材一般把處理器以及微機(jī)的組成原理安排在目錄接口技術(shù)前面，在實(shí)際教學(xué)中不少學(xué)生在老師講授微機(jī)工作原理部分就因?yàn)殡y以理解而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。而在PBL教學(xué)法中，從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，基于他們的專業(yè)基礎(chǔ)及實(shí)操能力，特別是考慮到他們智能機(jī)器人比賽中有過計(jì)算機(jī)控制語言編程的經(jīng)歷，對計(jì)算機(jī)接口編程比較容易上手入門，因此把計(jì)算機(jī)接口技術(shù)相關(guān)內(nèi)容安排在整個課程實(shí)施的前半部分。學(xué)生對微機(jī)系統(tǒng)接口部分編程能夠直觀看到智能小車在自己編寫的程序下做出相應(yīng)動作，無形中提高了學(xué)習(xí)興趣和信心，為后續(xù)學(xué)習(xí)理論性更強(qiáng)的原理知識作好了鋪墊。此外，在教學(xué)內(nèi)容上摒棄了常規(guī)教材中常見的匯編語言編程部分，因?yàn)楝F(xiàn)代底層軟件開發(fā)以使用C語言為主，復(fù)雜難懂的匯編語言在實(shí)際開發(fā)應(yīng)用中逐步被淘汰。在實(shí)際教學(xué)設(shè)計(jì)中，以微機(jī)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)技術(shù)取代了匯編語言編程部分，增強(qiáng)了對學(xué)生硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

2.2 單元教學(xué)過程設(shè)計(jì)

如前文所述，整門課程被分為五個教學(xué)單元來進(jìn)行，每個單元都有按照教學(xué)目標(biāo)設(shè)立的一個子問題，教師需要進(jìn)一步分解這些子問題以引導(dǎo)學(xué)生查閱資料尋找解決問題的辦法。如果不把這個問題進(jìn)行分解簡化，學(xué)生難以快速上手查閱到有效資料去解決問題。將問題細(xì)化后，學(xué)生能夠根據(jù)以往所掌握的知識和技能，自行查閱所需的資料，在探索中學(xué)習(xí)新的知識從而解決問題。

第一個教學(xué)單元的子問題為“智能小車如何巡線前進(jìn)”，教學(xué)實(shí)踐中作者把這個問題分解為了4個小問題：1.智能小車的微機(jī)控制系統(tǒng)需要知道小車當(dāng)前時刻有沒有偏離航線的趨勢，什么傳感器能感知小車的偏離程度？2.傳感器感知小車的偏離程度后，以什么方式如何告訴微機(jī)控制系統(tǒng)？3.微機(jī)控制系統(tǒng)只能接收數(shù)字量，微機(jī)控制系統(tǒng)有哪些接口可以接收外部信息？串行還是并行傳輸？4.微機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的軟件由C語言編寫，C語言程序如何從指定接口獲取外部信息？

第二個教學(xué)單元的子問題為“智能小車如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動”，教學(xué)實(shí)踐中作者把這個問題分解為了4個小問題：1.智能小車的機(jī)械本體如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向？2.智能小車的電機(jī)如何調(diào)速能實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向？3.微機(jī)控制系統(tǒng)如何對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速？4.微機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的軟件由C語言編寫，C語言程序如何從指定接口輸出控制信息？

第三個教學(xué)單元的子問題為“小車運(yùn)動需如何供電”，教學(xué)實(shí)踐中作者把這個問題分解為了4個小問題：1.微機(jī)系統(tǒng)需要什么樣的電源？2.如何從插座或電池獲取微機(jī)系統(tǒng)所需的各種電壓？3.如何使用DCDC與LDO 給微機(jī)系統(tǒng)各單元供電？4.如何合理使用多節(jié)電池給微機(jī)系統(tǒng)供電？

第四個教學(xué)單元的子問題為“小車運(yùn)動程序如何存儲和運(yùn)行”，教學(xué)實(shí)踐中作者把這個問題分解為了4個小問題：1.微機(jī)系統(tǒng)有哪些類型的存儲器，在應(yīng)用上有什么不同特點(diǎn)？2.程序的存儲和運(yùn)行分別是在什么類型的存儲器上？ 3.如何組建和擴(kuò)充微機(jī)系統(tǒng)的存儲容量？4.微機(jī)CPU如何讀寫存儲器？

第五個教學(xué)單元的子問題為“智能小車控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)”，教學(xué)實(shí)踐中作者把這個問題分解為了5個小問題：1.智能小車可以采用哪些類型控制系統(tǒng)？2.微機(jī)控制系統(tǒng)中的微處理器有哪些類型和型號？3.什么樣的微處理器適合做智能小車的運(yùn)動控制？4.處理器需要協(xié)同哪些外設(shè)來控制小車運(yùn)動？5.微處理器與外設(shè)之間如何通過總線聯(lián)系？

在單元教學(xué)的具體實(shí)施過程中，教師需要將一個教學(xué)班的學(xué)生分成若干組來進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生小組的各成員首先分析老師提出的問題，討論解決問題還需要哪些新知識，給出解決問題的初步方案。在小組討論的過程中，指導(dǎo)教師要給予一定引導(dǎo)，既要防止學(xué)生討論的方向和教學(xué)目標(biāo)發(fā)生偏離，又要不過度的影響學(xué)生自我發(fā)揮。在查閱相關(guān)書籍資料的基礎(chǔ)上，包含互聯(lián)網(wǎng)搜索，小組成員在自行掌握了新知識的基礎(chǔ)上得到各自解決問題的方法，再經(jīng)過小組深入討論交流，最后形成統(tǒng)一的答案。各小組的組長將問題的最終結(jié)果向指導(dǎo)教師和其他組的同學(xué)們做展示，指導(dǎo)老師進(jìn)行點(diǎn)評，并在所有小組展示結(jié)束后闡明解決問題過程中所涉及的新知識點(diǎn)，也就是本門課程所需學(xué)習(xí)的新知識，而這些新知識已在解決問題的過程中被學(xué)生所了解和掌握。

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，理論性比較強(qiáng)，完全依靠學(xué)生自己查閱資料解決問題對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對薄弱的高職學(xué)生來說難度較大，教學(xué)進(jìn)程也難以保證。為提高教學(xué)效率，在PBL教學(xué)法的大框架下，教師也可以適當(dāng)進(jìn)行傳統(tǒng)的理論講授來幫助學(xué)生準(zhǔn)確定位所要探索學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

對于PBL教學(xué)法而言，恰當(dāng)情景問題的創(chuàng)設(shè)是優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計(jì)的靈魂。教師設(shè)計(jì)的情景問題除了要依托于課程內(nèi)容，保證與教學(xué)目標(biāo)的一致之外，還應(yīng)當(dāng)很好地與學(xué)生已具備的知識與經(jīng)驗(yàn)相適應(yīng)，問題難度要適中，難度過高和過低都會不能充分發(fā)揮學(xué)生自主探索資源和解決問題的積極主動性，最終影響到教學(xué)成效。在我校自動化專業(yè)學(xué)生的試點(diǎn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍都對課程的形式和內(nèi)容感興趣，在老師的指導(dǎo)幫助下均能形成較為完善的問題的解決方案，并從中主動學(xué)習(xí)和掌握了該門課程的知識和技能。在后期跟蹤調(diào)查中對比發(fā)現(xiàn)，采用PBL教學(xué)法后學(xué)生動手能力明顯增強(qiáng)，畢業(yè)設(shè)計(jì)均能高質(zhì)量獨(dú)立完成，部分學(xué)生還多次參加技能大賽獲獎，到企業(yè)實(shí)習(xí)的學(xué)生也收到企業(yè)好評。

[1] 杜波.在單片機(jī)課程中開展PBL教學(xué)法培養(yǎng)應(yīng)用能力的研究與實(shí)踐 [J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版)，2016，17(3):117-120.

[2] 黃鋼，關(guān)超然.基于問題的學(xué)習(xí)(PBL)導(dǎo)論[M].人民衛(wèi)生出版社，2014:42-43.

[3] 劉麗霞.淺談PBL在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化，2016，9(27):165-166.

[4] 段亞平,曲妮,李勇,等.PBL案例的設(shè)計(jì)與編寫[J].中國高等醫(yī)學(xué)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

武漢市教育局市屬高校教學(xué)教研重點(diǎn)項(xiàng)目(編號2015030)

駱 峰(1978～)，男，碩士，講師，工程師.E-mail：53490320@qq.com.

G712

A

1671-3524(2017)04-0079-03