譚文群，樊飛燕，鄒寶娟，包學(xué)才，張志鵬

(1.南昌工程學(xué)院 信息工程學(xué)院，江西 南昌；2.南昌工程學(xué)院 江西省水信息協(xié)同感知與智能處理重點實驗室，江西 南昌)

一 引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是應(yīng)用型本科高校通信工程專業(yè)的骨干課程，是我校第二批重點建設(shè)課程，理論性和實踐性較強，在2020年疫情期間，被江西省教育廳評為線上優(yōu)質(zhì)課程，近年來，團隊成員主持或參與校級以上教改課題6項，發(fā)表教學(xué)研究論文4篇，2020年，獲批1項以數(shù)字電子技術(shù)課程為基礎(chǔ)的省級教改課題：基于問題導(dǎo)向教學(xué)法的《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)改革與實踐研究。

以前《數(shù)字電子技術(shù)》這門課程運用的是單向知識傳授的四段式教學(xué)方法，即“預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、考試”，師生互動不夠，學(xué)習(xí)興趣和積極性不高。老師不停地灌輸知識，使得學(xué)生獨立分析問題、獨立解決問題的能力不能有效得到鍛煉，當(dāng)然也就沒有好的學(xué)習(xí)效果。

問題導(dǎo)向教學(xué)法（Problems-Based Learning，簡稱：PBL），在二十世紀(jì)六、七十年代，美國和蘇聯(lián)開始創(chuàng)立這種教學(xué)方法[1]，該方法最早運用于醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，先后在60多所醫(yī)科院校中推廣、改正。近年來，問題導(dǎo)向教學(xué)法被應(yīng)用到越來越多院校的學(xué)科專業(yè)教學(xué)中，并取得了較好的效果。我國某些院校（如上海第二醫(yī)科大學(xué)、暨南大學(xué)、第四軍醫(yī)大學(xué)等）有關(guān)PBL教學(xué)法的研究，它們有的在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課、有的在臨床實踐課中都獲得了不錯的成績。這些高校研究的共同之處：一是改變了灌輸式、填鴨式、被動式的授課方法[1]，將復(fù)雜且有意義的問題植入學(xué)習(xí)課堂中，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力與分析解決問題的能力。二是相關(guān)的應(yīng)用研究基本上是針對醫(yī)學(xué)學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域，而對工程學(xué)科的理論和實踐教學(xué)應(yīng)用研究較少，且收效甚微。

本課題擬在應(yīng)用型本科通信工程專業(yè)《數(shù)字電子技術(shù)》課堂教學(xué)過程中，引入問題導(dǎo)向教學(xué)法進(jìn)行課程教學(xué)改革和實踐研究，將有意義的有興趣的復(fù)雜問題植入教學(xué)課堂，采用“學(xué)生積極參與、探索創(chuàng)新、合作共贏”的以學(xué)定教的教學(xué)方式[2]。

二 教學(xué)改革的總體思路

PBL強調(diào)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，以電子通信學(xué)科不同問題為學(xué)習(xí)的起點，將有意義的有興趣的復(fù)雜問題植入課堂[3]。通過分析課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使得同學(xué)通過各種途徑找到解決問題的方法。在分析問題和解決問題過程中，學(xué)生融入團隊，積極協(xié)作，各自探討，尋求隱含在問題深處的科學(xué)道理，培養(yǎng)了學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)的能力，創(chuàng)新思維能力得到了鍛煉。老師扮演的角色是：問題的提出者、課程的設(shè)計者以及結(jié)果的評估者[3-4]。

《數(shù)字電子技術(shù)》具有系統(tǒng)的理論性和較強的實踐性，具有一定的抽象性。包括我校在內(nèi)的諸多應(yīng)用型本科高?！稊?shù)字電子技術(shù)》的課時少，內(nèi)容多，上課進(jìn)度快，學(xué)生感覺吃力，最終放棄學(xué)習(xí)；還有部分學(xué)生對此門課程不感興趣，為了考試而學(xué)習(xí)，對知識點只是簡單機械的記憶。這些都嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差，達(dá)不到課程預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。

基于《數(shù)字電子技術(shù)》的課程特點及我校學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，課題組嘗試將PBL教學(xué)法應(yīng)用到我?！稊?shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)中，將64理論學(xué)時的授課方式做一些調(diào)整，原來64學(xué)時全部采用PPT+板書的形式授課，現(xiàn)在采用PPT+板書+PBL的混合式授課，即48（課本中涉及到基礎(chǔ)知識、原理部分章節(jié)，采用PPT+板書的形式授課）+16（課本中涉及到分析、設(shè)計部分的章節(jié)，采用PPT+板書+PBL的形式授課），意義在于以問題導(dǎo)向教學(xué)為中心、以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)，激發(fā)了學(xué)生的主動性和積極性，考察學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力和團隊合作意識，可以從根本上解決我校數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)存在的問題。

三 教學(xué)建設(shè)內(nèi)容

（1）研究在《數(shù)字電子技術(shù)》中適用PBL教學(xué)法的教學(xué)內(nèi)容：首先根據(jù)教學(xué)大綱制定新的授課計劃和編寫與之對應(yīng)的教案，其次針對適用PBL教學(xué)法的教學(xué)內(nèi)容，編制行之有效的實際問題庫。課題組已編制30個各類問題，目前還在不斷完善中。研究影響PBL教學(xué)法實施效果的重要因素。

（2）在電子信息類本科生教學(xué)班進(jìn)行PBL教學(xué)法的教學(xué)改革教育實驗，課程授課學(xué)時全部完成后，設(shè)計問卷調(diào)查表并分析統(tǒng)計，表格包含以下內(nèi)容：學(xué)生對PBL教學(xué)法認(rèn)可度、對《數(shù)字電子技術(shù)》滿意度、PBL教學(xué)法效果的定性結(jié)論以及對本課程的期望值等，融入過程環(huán)節(jié)評估和結(jié)果環(huán)節(jié)評估的定量考核[4]，通過教育實驗來評估教學(xué)改革的效果和使用價值。

（3）科學(xué)合理的評價是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段。PBL教學(xué)法是強調(diào)學(xué)生的參與性與師生的互動性，以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為教學(xué)的中心，以專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)各種問題為學(xué)習(xí)起點，老師在此過程負(fù)責(zé)提出問題、設(shè)計課程和評價結(jié)果。通過對實驗班的期末成績分析、試卷分析、問卷調(diào)查表的統(tǒng)計分析及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反映，歸納和總結(jié)該質(zhì)量評價體系。

四 教學(xué)活動程序設(shè)計

問題導(dǎo)向教學(xué)法搭建了一個上課老師、小團隊和學(xué)生個人組成的多元化評價主體框架，設(shè)計課前、課中和課后三段法，收集各個小組內(nèi)部評價和小組與小組之間評價的評議結(jié)論，整理各種評價數(shù)據(jù)、分析處理信息、總結(jié)歸納評價結(jié)果，并及時準(zhǔn)確地給學(xué)生反饋，督促學(xué)生重新規(guī)劃學(xué)習(xí)方法、創(chuàng)造學(xué)生主動學(xué)習(xí)熱愛學(xué)習(xí)的氛圍、從而提高學(xué)習(xí)效果，促使學(xué)生持續(xù)改進(jìn)[5-6]。PBL教學(xué)法的教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 PBL教學(xué)法的教學(xué)環(huán)節(jié)圖

（1）分組：教師通過對實驗班學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)任務(wù)需求的分析，對學(xué)生進(jìn)行分組。

例如：在我校2020-2021-2學(xué)期，數(shù)字電子技術(shù)課程講授時，根據(jù)授課計劃中針對適用PBL教學(xué)法的教學(xué)內(nèi)容，教師對2019級通信工程專業(yè)2班40名學(xué)生分成10組，即每組4名學(xué)生。

（2）提出問題：教師準(zhǔn)備資源，以學(xué)定教。教師課前將《數(shù)字電子技術(shù)》中的概念、原理和設(shè)計方法，從學(xué)生的角度出發(fā)，考慮其學(xué)習(xí)興趣和熱情，精心設(shè)計問題。

例如：在講授“組合邏輯電路設(shè)計”這一小節(jié)時，課前就將電路設(shè)計的問題發(fā)布給了5個小組，并簡單講述了電路設(shè)計時注意的事項：將題目描述的邏輯命題轉(zhuǎn)換成真值表、根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式并化簡輸出邏輯函數(shù)表達(dá)式、根據(jù)化簡結(jié)果及選定的邏輯門電路，最后畫出邏輯電路圖。

（3）分析問題：學(xué)生通過與教師的溝通明確問題解決的目標(biāo)，理解基本概念并現(xiàn)場發(fā)表自己的看法，師生共同探討，也可質(zhì)疑問答。

（4）多角度、深層次探討：教師發(fā)布討論、隨堂測試以及實時反饋點評；各個小組成員之間基于問題的基本原理和技術(shù)進(jìn)行激烈討論，分析處理信息并判斷其可靠性，然后評價自己與他人的信息[7]，從而生成新的解決問題的方案。

（5）內(nèi)容匯報：各小團隊可制作PPT課件、依托仿真軟件、撰寫報告及小論文等各種形式，匯報本小組完成過程及取得的結(jié)論；老師實時進(jìn)行點評。

（6）評價反思：教師回顧總結(jié)，答疑解惑；各小組之間進(jìn)行評價，反思解決問題的過程，并加深對知識的了解。

（7）課后練習(xí)，鞏固拓展。課后教師發(fā)布練習(xí)，布置拓展內(nèi)容；學(xué)生提交個人練習(xí)，參與討論。

在數(shù)字電子技術(shù)課堂教學(xué)活動中，引入PBL教學(xué)模式，考察了學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力和團隊合作意識，體現(xiàn)了“以問題為主線，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的新建本科院校的教育理念。促進(jìn)教師角色的轉(zhuǎn)變，老師在此過程負(fù)責(zé)提出問題、設(shè)計課程和評價結(jié)果。確立了學(xué)生主體地位，老師將問題植入課堂，將授課、討論、匯報、評價反思、練習(xí)等多種形勢相互融合，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)熱愛學(xué)習(xí)，分析解決問題的能力和邏輯思維創(chuàng)新能力得到了訓(xùn)練[4,8]。

例如：在課堂上通過PPT課件、依托仿真軟件不能解決的問題，教師把學(xué)生帶到實驗室通過動手做實驗來驗證或解決。但有些實驗室設(shè)備老化，基本上只能開設(shè)傳統(tǒng)單一性實驗、實驗人員缺乏，只能開設(shè)演示驗證性的實驗，學(xué)生毫無興趣做實驗，教學(xué)效果很不理想。如：信號分解與合成實驗合成效果不夠好，分解的諧波次數(shù)不夠高，且信號分解的頻率固定，教師就啟發(fā)學(xué)生擬考慮用數(shù)字的方法實現(xiàn)以改善上述缺點。于是小組學(xué)生立即著手查資料、制定方案、畫電路圖、編程序、用軟件仿真、做實物，不斷調(diào)試不斷修改，不斷請教老師不斷談?wù)?，最后自制了一套設(shè)備——信號分解合成數(shù)字化及FIR二次開發(fā)實驗裝置，此實驗裝置能進(jìn)行400Hz、500Hz、600Hz方波信號的分解及合成；信號分解實驗?zāi)芊纸?-7次諧波及8次及以上的諧波；FIR濾波器二次開發(fā)實驗?zāi)芙Y(jié)合matlab的程序進(jìn)行濾波器的設(shè)計，matlab設(shè)計好的參數(shù)能夠下載到DSP中運行。鍛煉了學(xué)生的動手能力和科研創(chuàng)新能力，提高了學(xué)習(xí)興趣，獲得了學(xué)校的獎勵。

五 結(jié)語

通過研究PBL教學(xué)法在《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)中的適用性和教學(xué)效果，可推動高等院校對教學(xué)方式和教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，同時還可以為其他學(xué)科開展教學(xué)改革提供有益的借鑒。每年有三百多名學(xué)生可從中直接受益，提高了學(xué)生主動學(xué)習(xí)熱愛學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)原動力[4,9]，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。課題實施階段的主要試點班級為南昌工程學(xué)院通信工程或電子信息工程等相關(guān)專業(yè)2018-2020級本科生行政班級。之后可在全省乃至全國應(yīng)用型本科院校通信工程等相關(guān)專業(yè)中推廣應(yīng)用，也可為其他課程的教學(xué)改革與實踐研究提供有益借鑒。