PBL教學(xué)模式在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的應(yīng)用與思考

熊旺平 周嫻

江西中醫(yī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 江西 南昌 330004

PBL教學(xué)模式在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程的應(yīng)用與思考

熊旺平 周嫻

江西中醫(yī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 江西 南昌 330004

PBL教學(xué)模式是一種建構(gòu)主義指導(dǎo)下的，以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)者的問題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。本研究以微機(jī)原理與接口技術(shù)課程為例，對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)基于問題的教學(xué)方法展開研究與探討。

PBL；微機(jī)原理與接口技術(shù)；計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)

1.PBL教學(xué)模式概述及在計(jì)算機(jī)教學(xué)運(yùn)用的現(xiàn)狀分析

目前本科階段計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)存在著重軟件、輕硬件的傾向，在對(duì)我校06、07、08級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)、生物醫(yī)學(xué)與工程專業(yè)等600余名學(xué)生做過的調(diào)查中，81%的學(xué)生更熱衷軟件的學(xué)習(xí)，73%的學(xué)生反映硬件學(xué)習(xí)困難。43%的學(xué)生反映學(xué)習(xí)硬件就是應(yīng)付考試。“欺軟怕硬”傾向的背后隱藏著硬件課程教學(xué)過程中的引入先進(jìn)教學(xué)方法的欠缺。

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式（problembased learning，PBL），是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式，1969年由美國(guó)的神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)，是近年來國(guó)際上受到廣泛重視的一種教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置于復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過讓學(xué)習(xí)者合作解決真實(shí)性，來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。

國(guó)內(nèi)對(duì)PBL的研究主要對(duì)PBL進(jìn)行理性思考和大范圍應(yīng)用。比如結(jié)合我國(guó)的教育實(shí)踐，對(duì)PBL引入后的應(yīng)用前景和是否符合目前的教育現(xiàn)實(shí)進(jìn)行思考。陜西師大的“PBL網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究”、華南師大的“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于問題學(xué)習(xí)(PBL)的教學(xué)設(shè)計(jì)方法的試驗(yàn)研究”、南京師大的“新課程改革背景下基于問題學(xué)習(xí)理論研究”、華東師大的“支持PBL的師范生教育技術(shù)網(wǎng)上培訓(xùn)系統(tǒng)研究”等都是比較前沿的研究課題，他們從一定程度上引領(lǐng)國(guó)內(nèi)PBL研究的進(jìn)展。

微機(jī)原理與接口技術(shù)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生普遍感到比較難學(xué)的一門課程，也是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)資源有限的條件下，如何使學(xué)生能學(xué)有所獲、學(xué)有所得是從事微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)的高校教師非常關(guān)注的問題。本研究結(jié)合PBL教學(xué)方法，以微機(jī)原理與接口課程為例，對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)基于問題的教學(xué)方法進(jìn)行研究目前是比較少見的。

2. PBL教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 教學(xué)實(shí)施過程

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程理論抽象、學(xué)習(xí)難度大，傳統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)多放在理論部分，如各類接口芯片的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)，而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置與安排僅僅只是對(duì)理論的初級(jí)驗(yàn)證，往往缺少代表性的獨(dú)立硬件編程綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)芯片設(shè)計(jì)原理及內(nèi)部處理機(jī)制的深入理解。結(jié)合PBL教學(xué)模式，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將研究對(duì)象設(shè)計(jì)分為單元PBL教學(xué)、綜合PBL開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐PBL設(shè)計(jì)性教學(xué)三方面來開展：

（1）單元PBL教學(xué)

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程有很多經(jīng)典芯片，單元PBL教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)以課程經(jīng)典芯片的理論學(xué)習(xí)和編程實(shí)現(xiàn)為主。如可編程中斷控制器8259A，可編程接口芯片8255A，可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口芯片8253，8086CPU的輸入/輸出等具有代表性的教學(xué)內(nèi)容，我們讓學(xué)生在理解掌握匯編語言、管腳分布等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以學(xué)生小組為單位(6人～10人一組),教師在傳授知識(shí)和技能后,學(xué)生相互切磋學(xué)習(xí),然后逐個(gè)主持演練硬件編程技能或探討分析過程,其他學(xué)生指出錯(cuò)誤或者不規(guī)范,教師更正和講解錯(cuò)誤或者不規(guī)范的原因或者要點(diǎn)。

（2）綜合PBL開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要偏重硬件設(shè)計(jì)各階段的實(shí)現(xiàn)，較少涉及完整硬件項(xiàng)目構(gòu)造。考慮到學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力，利用基于DVCC8086JH創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了綜合PBL開放性實(shí)驗(yàn)，平臺(tái)以匯編語言為編程語言，實(shí)現(xiàn)從主機(jī)到DVCC試驗(yàn)箱的程序的連接。

開放性創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供編譯、動(dòng)態(tài)調(diào)試、芯片查詢、代碼生成、代碼優(yōu)化等五個(gè)模塊，其中每個(gè)模塊被設(shè)計(jì)為一個(gè)單獨(dú)的插件。任務(wù)分配時(shí)，不同的小組完成芯片不同模塊的設(shè)計(jì)；具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，學(xué)生并不需要考慮其他模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，只要專心設(shè)計(jì)完成相應(yīng)的插件，就能得到一個(gè)完整的硬件驅(qū)動(dòng)程序。

2.2 教學(xué)中需解決的關(guān)鍵問題

（1）創(chuàng)新型的課程如何設(shè)計(jì)

如何圍繞硬件課程目標(biāo)來設(shè)計(jì)問題并以此引出相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容；設(shè)計(jì)的芯片項(xiàng)目如何與實(shí)際應(yīng)用接軌，更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；如何組織學(xué)生獨(dú)立完成控制字的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作，使學(xué)生更好地將課本知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合。這些都是有待研究與解決的。

（2）考核標(biāo)準(zhǔn)的制定

為保證PBL教學(xué)模式的切實(shí)貫徹，研究有效的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模式非常必要。通過有機(jī)結(jié)合教師評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)，從多個(gè)角度地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)即問題解決過程怎樣進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)，有待我們?nèi)ソ鉀Q。

（3）教師觀念轉(zhuǎn)變

開展PBL教學(xué)，教師承擔(dān)著多種角色的變換，因此對(duì)教師的專業(yè)能力、實(shí)際問題的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求。

（4）學(xué)生學(xué)習(xí)慣性的改變

傳統(tǒng)的LBL模式下的大堂授課,學(xué)生之間是相對(duì)獨(dú)立的學(xué)習(xí)個(gè)體,學(xué)生對(duì)課堂傳授內(nèi)容的掌握程度,很大程度上取決于學(xué)員本身學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)能力,學(xué)生之間無協(xié)作學(xué)習(xí)的必要性。如何使學(xué)生從長(zhǎng)期的LBL模式進(jìn)入到PBL模式，這也是本課題最關(guān)鍵的問題之一。

3. PBL教學(xué)模式的體會(huì)

1）有利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和形成雙向交流。學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化手段如文獻(xiàn)檢索、虛擬軟件等形式進(jìn)行自學(xué)；指導(dǎo)老師長(zhǎng)期與同一小組學(xué)生接觸,了解學(xué)生的個(gè)體差異,在學(xué)習(xí)過程中做到有的放矢的指導(dǎo)。

2）有利于實(shí)用性知識(shí)的傳授和培養(yǎng)計(jì)算機(jī)硬件整體思維。PBL模式是使學(xué)生面對(duì)具體硬件問題,置身于一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題場(chǎng)景來思考。各學(xué)科相互滲透，培養(yǎng)學(xué)生立足專業(yè)的發(fā)散思維和橫向思維。

3）學(xué)生小組為單位進(jìn)行硬件編程，有利于學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力的培養(yǎng)。

4）根據(jù)每次討論會(huì)學(xué)生發(fā)言的次數(shù)、質(zhì)量及資料復(fù)習(xí)、書面報(bào)告進(jìn)行綜合評(píng)估,從基本概念、解決問題的能力、方法、思路以及討論活躍程度等方面考查。評(píng)估體系科學(xué),能準(zhǔn)確評(píng)估教學(xué)績(jī)效。

4.總結(jié)與展望

通過PBL試點(diǎn)的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程階段性的總結(jié)，得出PBL教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式的基本框架和PBL質(zhì)量檢測(cè)體系的雛形，在原有的PBL試點(diǎn)課程上再增加若干硬件門課程（例如《計(jì)算機(jī)組成原理》課程等），把PBL教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式的基本框架和PBL質(zhì)量檢測(cè)體系的雛形運(yùn)用于這些課程進(jìn)行檢測(cè)，并不斷的修正和完善。

將PBL教學(xué)模式引入到計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)中，旨在結(jié)合專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，研究PBL典型教學(xué)過程如典型問題的設(shè)計(jì)，并圍繞問題重新設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系，為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革提供新的解決思路,初期，受益學(xué)生數(shù)為學(xué)院PBL教改實(shí)施試點(diǎn)課堂學(xué)生。中期，推廣成功的PBL教改項(xiàng)目，擴(kuò)大受益面至學(xué)習(xí)硬件的其他學(xué)生。長(zhǎng)期，通過本研究的實(shí)施，積極探索學(xué)校提升教學(xué)質(zhì)量的新路子，革新傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件的“填鴨式”教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)師生的互動(dòng)、活潑、進(jìn)取、有效的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.157

江西中醫(yī)學(xué)院精品課程《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、校級(jí)教改課題“計(jì)算機(jī)硬件課程PBL教學(xué)方法的應(yīng)用研究-微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的實(shí)例教學(xué)”