引入PBL模式的电工学课程综合设计

熊 兰，余传祥，孙 韬，彭光金，侯世英

（重庆大学 国家电工电子教学基础实验中心，重庆 400044）

0 引言

1969年，美国的神经病学教授Barrows在加拿大Mc Marster大学创立了基于问题的学习（Problem －Based Learning，PBL）的教学模式［1－3］，即在临床前期课或临床课中，以问题为基础、学生为主体、教师为导向的小组讨论式教学方法。该模式的特点是打破学科界限，围绕问题编制综合课程，以塑造学生的独立自主性，培养创新力和获取新知识、有效运用知识、解决新问题的能力为教学目标。随着我国教育改革的推进，近年来众多高等院校的教育工作者在课程教学中应用或借鉴PBL教学模式，取得了一定的经验［4－5］。

PBL模式具有传统教学模式（基于授课或者讲座的学习LBL：Lecture－Based Learing）无法比拟的优点，这已成为不争的事实。但是，它也存在一些不足之处，例如：导致教学成本、师生时间和精力消耗的显著增加，同时，缺乏PBL配套教材与课程体系等教学条件，以及科学的评价体系，都限制了该模式在全国范围内全面铺开推广，也不能完全取代传统的LBL教学模式。

1 结合PBL模式的课程综合设计

电工学课程是一门面向非电工科学生开设的工程实践性很强的专业基础课程，学生的电学知识和技能在很大程度上要通过分析和解决实际问题来得到掌握和提高。但是，该课程通常以理论教学和（课夹或者独立）实验为主，鲜见在后期开设课程设计的院校。这样，就暴露了传统的LBL教学模式在理论教学和实验环节中应用存在的许多弊端，尤其是知识学习与实践环节的脱节，学习者缺乏动手实践的主动性，不能熟练选用元器件搭接各种功能电路，难以有效地使用测试仪器进行相关的测试与分析。

考虑到国内学生自学及自律能力较差的普遍性，并结合电工学课程的特点，作者在课堂教学中仍然以传统教学模式为主，向学生介绍基本概念、基本定律和电工电子元器件的结构与工作原理，讲解例题，使学生掌握电路的分析方法和设计技巧。在授课课时接近总学时的2／3时，通常学生已基本完成了电路与电子技术两部分主体内容的学习，此时作者增设了电路与电子技术综合设计内容，作为实施PBL教学模式的突破口，教学目标是将理论知识与综合实践相结合，培养学生解决实际问题的积极主动性以及查新阅读、总结归纳和分工协作等能力。

作者以2007级化工专业1－2班和2008级材控专业1－2班为对象，开展了电路与电子技术综合设计的教学改革，课程设计的具体安排和要求如下：

1）以自由组合方式形成设计小组，每组人员不多于5名。选定组长，组长主持任务分工与协调；通常教学班为60人左右，分为12－15个小组。

2）教师提供8－10个设计题目和任务要求，各小组选择题目。原则上最多3个小组可选择同一个题目，以避免设计方案雷同；

3）各小组在3周内完成设计方案的确定、电路仿真、数据分析和PPT报告的定稿；教师提供每周一次3小时的答疑时间。

4）在第4周的课堂时间，安排各小组在15分钟内完成PPT宣讲和回答其余同学的问题。同时，教师书面提出修改建议，对于设计方案合理的小组，可安排在开放性实验室完成电路的搭接、调试与测试。

5）各小组在第5周完成方案的修订和完善，并撰写设计报告，其中应明确各组员的任务分配和实际完成的工作。教师完成对各小组设计工作的综合测评，以一定比例计入总成绩。

2 两种教学模式的优势对比

从课程设计的各个环节，作者深刻地体会到LBL和PBL两种模式的学习优势与不足：

1）LBL教学模式以纵向知识体系展开教学，对每一门课程均有较大的深度和广度，学科的知识结构相对全面系统。比较而言，在基础理论课学习阶段，LBL模式更易发挥其高效、全面的优势。

正是基于LBL教学模式实现了知识结构体系的形成，学生才能在此基础上根据需要和兴趣不断丰富和补充知识。例如：在课堂学习了集成运放构成的电压比较器以及一阶RC电路的暂态响应之后，虽然尚未学习555时基电路的结构与应用，但学生在设计数字钟时，能够自主学习，理解555电路构成振荡电路，产生秒脉冲信号或者定时报警的结构与工作原理。同样地，虽然教师在课堂上仅仅介绍了74LS90器件的管脚功能和应用电路，学生也能将知识加以拓展、发挥，根据实际需要选用了74LS290、CD4518等器件。又例如学生已经学习了由RS触发器实现防抖电路的结构和工作原理，所以，在任务要求中强调对手动校时信号进行防抖处理时，学生很自然地联系上前期学习的知识。然而，在查阅文献时，他们又了解到众多能实现防抖功能的电路，虽然并不熟悉某些器件，也尚未学习单片机知识，但是这些范例开拓了学生的视野，增强了后期学习的兴趣。

2）PBL模式以问题为中心，以学习者为主体，在解决问题的过程中学习和掌握基础理论知识，符合人类获取知识的自然心理过程，能有效地激发学者的学习兴趣，充分调动和发挥学习的能动性，提高学习者的自学能力。笔者发现经过PBL训练的学生更容易抓住学习重点，并把握解决问题的主体框架和整体构思。他们学会了如何把大问题分解为更多的小问题，并逐一解决，如何查找和筛选信息，如何分工协作、信息汇总，同时，在反复讨论的过程中，他们的语言表达能力和文字组织能力也得到了锻炼。

PBL模式的不足之处是学习者在获取、掌握知识的过程中要耗费较多的时间和精力，指导者也须付出相比LBL模式更多的时间和精力。同时，教学进程的各环节都需要师生的积极准备和主动参与，才能确保自主式学习的顺利、有效进行。如果教师能力有限或者学生的积极性不够，可能导致学生不予配合或者消极应付。事实上，教师对于PBL模式的灵活应用其着非常重要的引导作用，要求教师对每个教学环节都有着充分的知识准备，关注学生的学习进程和认知心理，能够适时给予学生技术支持，并且善于焕发学生学习的主动性。

例如一组选择电子锁为设计题目的学生，在答疑时毫无事先准备，反复询问教师如何设置密码，怎样完成有序地解码？从这样的问题可知这组学生的学习依赖性很强，没有通过广泛查询资料来开拓自己的见识，对比不同的方案。因此，指导教师并没有直接告知解决方案，而是建议学生通过网络引擎、数字图书馆、纸质图书馆等方式去了解一些成熟的方案，通过分析理解之后，选定满意的方案，再根据任务要求加以改进，或者加入自主设计的电路部分。在这组学生第二次参加答疑时，就不再询问类似的问题，而是和教师探讨拟定方案的原理合理与否，改进电路能否完成特定的功能。由此可见，教师正确的引导，才能充分发挥PBL模式学习的优势，调动学生的能动性，进行信息检索和资料对比，寻找问题的解决方案。

在教师布置任务之后，通常由5－6名学生自愿为一个小组，通过任务分工、查找资料、独立思考和方案汇总，每个小组形成总设计方案，这样有助于培养学生的团队工作的协调性和团结合作性。当各组成员在课堂上宣讲设计方案时，其余小组成员或质疑或补充，激励学生参与表达与辩论。教师评价要肯定学生的主动参与意识和创新精神，但对于学生提出的不全面甚至错误的设计要进行分析、指导，最终得以修正或者完善。如果学生人数较多，可以安排研究生助教参与指导，保证每个方案得以讨论，激励学生的积极性和自信心。最后，通过比较各种设计方案的可行性和优缺点，评定优秀的设计方案。

以点钞机设计为例，虽然学生尚未学习单片机原理课程，但通过分模块设计整流稳压电路、施密特整形电路、计数电路、寄存器、译码显示电路、报警电路和电动机驱动电路（仿真时采用灯泡代替电动机），仍然完成了点钞机的基本的点钞功能，并实现了在点钞数额达到999时能使电动机和计数器自动停止工作，且发出报警信号，以及数字清零等规定的功能。同时，他们观察并研究了实际点钞机的运行状况，自主增加了在对计数器清零时将初始数据移存至从显示器的功能，体现了一定的创新思想与能力。“我们遇到了如下困难，即：怎么将计数器上的初始数据通过寄存器转到另一个数码显示器上，且使主计数器实现清零功能。两个命令若同步进行，可能出现数据还没传到寄存器上时计数器已清零。经过多次小组讨论与资料查询，我们决定引入一个基于555电路的延时电路，使寄存器先寄存并显示计数器的初始数据，再完成计数器的清零”。可见，综合设计营造了一个很好的发挥PBL模式的学习氛围，使学生们积极主动地去学习理论，去提问、思考、论证，最终获取答案。

这里沿用一小组成员在设计报告中的小结文字，展示他们对PBL学习模式的深刻理解和体会。“解决问题的过程就是一个解纽扣的过程，我们必须得耐下性子一个个依次解开，每解开一个难题我们离课题的圆满结束就又进了一步，这种过程是充满困惑、欣喜和乐趣的。当问题迎刃而解时，我们收获的是心灵的愉悦和满足，这种成就感让人振奋，也鼓舞着自己也更加坚定自己以后迎难而上的决心。这次的综合课程设计就是这么一个美妙而令人难忘的过程”。

3 结论

我校自2006年以来，每年均实施着“大学生创新基金”（现已更名为“大学生科研训练计划”（SRTP）），旨在引导学生以各学科研究热点或者国内外的新技术、新材料、新工艺、新方法等为立项题目，充分利用校、院两级实验中心的教学科研资源，加强对学生创新精神和实践能力的培养。本校国家电工电子教学基础实验中心也每年提供科技训练基金和开放性实验室，吸引电类专业以及非电类专业学生参与电工电子技术的科技训练与创新。

在电工学课程中以PBL模式指导学生的综合设计，有助于培养工程技术人员必须具备的信息查询、团结协作、语言表达和科技写作等能力，同时，也有助于实现非电类学生对本学科与电工学科的知识融合，增强学生的创新意识，为进一步实施的多种大学生科技训练计划培养后备人才。

［1］李星，倪秀芹，孙淑娟等.PBL教学法在肾内科临床见习教学中的研究与实践［J］.中国高等医学教育，2008，（10）：33－34

［2］Chan LC.Factors affecting the quality of problem－based learning in ahybrid medical curriculum［J］.Kaohsiung J Med Sci，2009，25（5）：254－257

［3］Beachey WD.A comparison of problem－based learning and traditional curricula in baccalaureate respiratory therapy education［J］.Respir Care，2007，52（11）：1497－1506

［4］童晓敏.在工程实践教学中实行PBL模式的探索，南京广播电视大学学报，2007，48（3）：21－24

［5］梅人朗.PBL：教育实践和研究的未来挑战，复旦教育论坛，2008，6（1）：81－86

［6］谢彦红.PBL—CD模式在教育研究方法课中的应用，中国成人教育，2009，16：123－124