PBL教学法在电工学课程的应用

何志苠　范小兰　苏圣超

【摘要】时序逻辑电路是电工学教学中的重要内容。对于时序逻辑电路的分析和状态转换，学生通常难以理解。PBL教学法强调学生的主动学习，在教师的引导下，学生采用小组的形式自主学习，能够有效地提高学习效果。本文总结了PBL教学法在电工学课程中的教学设计与实施步骤，在教学效果上得到了有效提高，为电工学类课程的教学改革提供参考。

【关键词】电工学  PBL教学法  时序逻辑电路

【Abstract】Sequential logic circuit is an important content in Electrotechnics Teaching. It is difficult for students to understand the analysis and state transition of sequential logic circuits. PBL teaching method emphasizes students' active learning. Under the guidance of teachers， students can learn independently in groups， which can effectively improve the learning effect. This paper summarizes the teaching design and implementation steps of PBL teaching method in the course of electrotechnics. The teaching effect has been effectively improved， which provides a reference for the teaching reform of Electrotechnics courses.

【Keywords】electrotechnics; PBL teaching method; sequential logic circuit

【基金项目】2019年度上海市教委重点课程建设项目“电工技术”（S201924001）;2019年度上海工程技术大学金课培育计划项目“电工技术”（G201924001）。

【中图分类号】G426 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）08-0096-02

一、引言

PBL是Problem-Based Learning的简称，因此，PBL教学法又称为基于问题的教学法或者问题导向教学法。这种教学方法在1969 年由美国的神经病学教授 Barrows 在加拿大的麦克马斯特大学首创，20世纪80年代，PBL教学法在北美获得了快速发展，并逐步完善形成了一套科学、成熟的教学模式，受到北美、欧洲和亚洲的很多知名大学的接受和采用。2000年前后，我国高等教育院校和中高级职业教育院校开始不同程度地引入PBL教学模式。目前PBL教学法的影响力不断扩大，在我国呈现出多元化发展趋势。除医学教育外PBL教学也扩展到生物学、生理学、心理学、工程教育、商业教育、社会工作教育等多学科领域的教学中。

PBL（Problem-Based Learning）教学法是一种以学生为中心，以问题为导向的学习方法。与传统的以教师为中心的讲授法不同，PBL强调学生的主动学习，在教师的引导下，学生采用小组讨论的形式，围绕问题收集资料、解决问题，培养学生自主学习能力、团队合作能力和创新思考能力[1]。

在PBL教学法的使用过程中，教师根据学生的不同学习基础、学习能力准备和设计教学资源，不仅对课程重点、难点内容的理解具有积极作用，而且教学资源难易兼顾，既有基础知识，也有拓展知识，既能支持自主独立、循序渐进的学习，也能支持自主探究学习。

电工学课程是学生在理论性很强的高等数学、大学物理之后，进入各专业领域的专业课之前必修的专业基础课，属于工程应用性很强的课程。因此，电工学承担了帮助学生搭建从理论到工程应用之间的桥梁作用[2]。本课程的知识点多、覆盖面广，传统的讲授法满堂灌，教学效果通常不好。

笔者在电工学（下）的时序逻辑电路教学内容中，使用PBL教学法，教师在讲授基本知识点后，布置学习任务，由学生组队研究任务要求、收集资料、解决问题、展示方案、现场质疑并互相评价，获得了良好的教学效果。

二、教学设计

时序逻辑电路是电工学课程中的传统难点，学生对于输入输出的逻辑关系容易理解，但对于时钟控制端的作用难以认识。以前在课堂上用静态的图形课件，往往是老师怎么讲学生也不明白，就算会做题也不一定真正形成动态的观念。本学期由于众所周知的“新冠”疫情，师生无法面对面交流，要把这个内容讲通讲透就更难了。

因此教学的首要任务是要让学生明确教学目标，把教学内容进行重构和整合。确保线上教学的第一个环节——教学目标和教学要求，能够准确传递。

为了调动学生的学习兴趣，锻炼学生的综合能力，笔者在时序逻辑电路开始之前，安排学生完成一些视频讲解展示作业。作为互联网的原住民，学生非常擅长使用各种图形图像处理软件，在展示讲解的过程中，也能促进他们对已有知识的梳理和查漏补缺。根据布鲁姆的认知模型，分析和评价都属于高阶能力，在自我展示和对他人展示的评价中，也锻炼了学生的高阶能力。

因此，在时序逻辑电路的教学中，笔者采用了PBL教学法。教师在PBL教学法的使用過程中，要担任好教练和陪练的工作，才能促使学生独立主动地展开学习。笔者弱化了讲授者的角色，在完成触发器、时序逻辑电路分析方法和寄存器、计数器的基本知识点讲授后，没有进行更多的习题讲解。教师主要承担引路人的角色，在布置任务之后，引导学生通过组队的形式，开展讨论学习，同时做好监督者，在学生出现问题的时候及时纠正和指导[3]。

针对学生难以理解时序电路的动态变化过程这一问题，笔者在讲解知识点时，结合硬禾小帮手、multisim等仿真软件，让学生一边学一边做。硬禾小帮手是苏州硬禾信息科技有限公司提供的一款免费微信小程序，同时有网页版提供，不需要安装任何程序，学生可以很方便地使用。仿真电路可以用链接、文本、图片形式导出，学生在仿真过程中遇到问题，也能够很方便地获得老师的帮助。硬禾小帮手在电路运行时，使用动画形式展现电流的流动、不同颜色显示电压的高低，非常有效地帮助学生理解电路的运行情况。

根据教学目标和疫情下的特殊教学条件，笔者将教学过程设计为内容导入、问题提出及任务布置、基本知识点讲授、仿真学习、组内讨论、组间展示及评价六个阶段。

三、教学过程

1.内容导入阶段

教师向学生明确时序逻辑电路的教学目标，能说出时序逻辑电路和组合逻辑电路的区别，能阐述双稳态触发器的逻辑功能，能实现触发器逻辑功能的转换，能说出时序逻辑电路和组合逻辑电路分析方法的相同点与不同点，能说明二进制/十进制计数器的功能和逻辑功能转换，能说明十进制计数器的功能和逻辑功能转换，会使用反馈法设计任意进制计数器，通过分析和仿真解决时序逻辑电路问题的能力，综合应用时序逻辑电路的分析方法解决PBL小组问题。

学习方法是结合学习通知识点视频或教师推送的讲解视频、PPT、电子教材预习、钉钉直播学习、有针对性的课后模拟练习，自行整理思维导图笔记，讨论区发布PBL任务的问题、回答其他组的问题并相互讨论。

2.问题提出和任务布置阶段

教师说明PBL的组队方法和任务要求。由于本次教学班级超过120人，在PBL完成过程中需要大量的指导工作，教师的精力与时间有限，因此按照每组6～8人组队。如果教学班级小一些，每组人数可以适当减小，能够获得更好的教学效果。由组长在学习通讨论区发帖，说明组名、组长、成员。在共同讨论完成第七章作业的过程中，需要在自己小组的帖子里回复至少五个与时序逻辑电路有关的提问，同时需要至少回复5个其他小组帖子中的问题。

每组从第七章作业中至少选择1题，录制微视频，这道题的分数作为PBL分组任务的分数最大值。在PBL任务最后一次课安排讨论，由教师在每个小组中抽取一个同学代表小组回答问题，其评分结果为小组讨论课成绩。教师在PBL过程中，督促和观察各小组成员的表现，通过组长和先进同学，带动组内其他成员，以同伴学习的方式达到更好的教学效果。

3.基本知识点讲授阶段

以提前录制好的知识点讲解视频为主，直播答疑为辅，答疑主要针对学生PBL完成过程中在学习通内发布的问题和讨论情况。

4.仿真实操

教师在直播时提出要求，通过学习通发布学习任务，学生通过硬禾小帮手或Multisim仿真软件，进行电路仿真实操，截屏或录屏限时提交。

5.组内讨论

学生通过超星泛雅平台的PBL项目讨论区，开展小组内部讨论，共同完成学习任务。由组长将任务细化，将讨论区提问、回答、习题讲解、视频制作等任务分配给组员，大家共同完成，培养组长的领导能力和组员的团体协作能力。最后由组长提交包含习题解答、电路仿真、视频讲解的项目研究报告，教师审核后开放给各组所有学生观看。

6.组间展示及评价

教师通过最后一次讨论课，节选部分精彩讲解视频向全班展示。教师直播联线抽选小组成员提问，组内成员可以进行补充。讨论课结束后，教师和学生在PBL项目中，对小组内成员及其他小组评分，培养学生正确评价他人的高阶能力。

四、教学效果及思考

通常情况下学生对时序逻辑电路的掌握情况都比组合逻辑电路要差很多，但是在本次授课结束后的教学目标达成度调查中，学生对“设计常用组合逻辑电路的达成度”选择“较好”的占66.31%，对“分析时序逻辑电路的达成度”选择“较好”的占74.74%。可以看出，本学期在《电工学（下）》的时序逻辑电路部分进行PBL教学法，结合仿真实操，克服了疫情期间师生无法面对面交流的障碍，学生的课堂参与度和教学效果均有提升。

PBL教学法在疫情期间显示出了良好的效果，在今后的线下教学中也可以使用，开展线上线下混合式教学，进一步提高教学效果。但是PBL教学过程中，教师和学生双方都需要投入大量的时间和精力，因此不适合对所有教学内容都使用，笔者认为，一个学期只适合安排一个教学内容使用此方法。

教師是实施 PBL教学法的倡导者、设计者和具体执行者，学生的主体性需要在教师的指导下逐步培养和发展。因此，教师运用新教学方法的心理准备、对问题的选择与设计、对教学资源的准备、调控课程教学的能力决定着教学方法的实施效果。问题创设与选择 PBL教学法是以能力提高为核心的教学方式，牵涉到理智探索、认知策略和情感领域等。因此在课程中应用此方法，对教师的要求比其他教法要更高。

参考文献：

[1]周静，侯世英，孙韬.基于PBL的“电工学”课程教学模式探索[J].中国电力教育，2013（3）：18-20.

[2]杨正瓴，林孔元，刘正光，王月琴，王萍.电工学教学中培养学生创新素质的一些例子[J].电气电子教学学报，2002（2）：96-98.

[3]薛英娟.数字电子技术实验课程教学改革与创新[J].实验室科学，2016（6）：145-148.

作者简介：

何志苠（1978年-），女，湖北武汉人，工学硕士，讲师，主要从事电工学教学。

范小兰（1968年-），女，山西太原人，工学硕士，副教授，主要从事电工学教学。

苏圣超（1979年-），男，江苏南通人，工学博士，副教授，主要从事电工学教学。