謝 珺，續(xù)欣瑩

(太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，山西 太原 030024)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(電路CAD)技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，許多電路設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生。正是這些軟件的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電路原理圖繪制標(biāo)準(zhǔn)化，原理圖轉(zhuǎn)換成電路板版圖自動(dòng)化，另外這些軟件還可以對(duì)電路的功能進(jìn)行仿真測(cè)試，其不僅能滿足日益精密的設(shè)計(jì)要求，而且還能將電路設(shè)計(jì)人員從繁重的工作中解脫出來(lái)。隨著“電路CAD”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子類企業(yè)對(duì)熟練掌握該技術(shù)人才的需求也在不斷增加，為了適應(yīng)這種需求，“電路CAD”課程已成為高等院校信息工程、通信工程等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的主要課程。

“電路CAD”課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，它是以應(yīng)用EWB5.0、Protel99SE等軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真為主。其傳統(tǒng)的授課方法是圍繞軟件的操作，以講授軟件操作命令為主，與電路的設(shè)計(jì)聯(lián)系不緊密，無(wú)法達(dá)到良好的教學(xué)效果。為了真正達(dá)到“圍繞實(shí)踐、重在應(yīng)用”的教學(xué)原則，筆者在“電路CAD”課程教學(xué)過(guò)程中使用了問(wèn)題解決法，將瑣碎的內(nèi)容按相關(guān)性整合，并設(shè)計(jì)成一組關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，圍繞這些問(wèn)題組織和開(kāi)展教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生集思廣益，自主找到解決問(wèn)題的方法，從而調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)踐表明使用問(wèn)題解決法起到了良好的教學(xué)效果。

一、問(wèn)題解決法的教學(xué)模式

問(wèn)題解決法的教學(xué)模式是美國(guó)教育界20世紀(jì)80年代首先發(fā)展起來(lái)的一種教學(xué)模式，它以解決問(wèn)題為中心，注重學(xué)生的獨(dú)立活動(dòng)，著眼于其創(chuàng)造性思維、意志力和知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)。問(wèn)題解決法針對(duì)不同的情境提出問(wèn)題，引導(dǎo)受教育者以“問(wèn)題解決”者的身份，從初始狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一步一步地中間狀態(tài)，最后采用較為靈活的策略去解決[1-2]。

近幾年來(lái)，許多國(guó)家的教育系統(tǒng)已將問(wèn)題解決法的成果與模式融會(huì)于日常教學(xué)中，制定了具體的目標(biāo)與培養(yǎng)計(jì)劃。

問(wèn)題解決法要求教師為學(xué)生創(chuàng)造具體環(huán)境，提出有待探索及求證的一系列問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立地多向思維，尋找在不同條件下的多種解決問(wèn)題的途徑，探索可能出現(xiàn)的多種答案。因此，問(wèn)題解決法是培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的重要教學(xué)方法與教育手段。問(wèn)題解決法體現(xiàn)了新的教育理念，它對(duì)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展具有重要意義，在培養(yǎng)創(chuàng)新精神方面具有獨(dú)特的價(jià)值[2]。

一般來(lái)說(shuō)，問(wèn)題解決法的流程是：(1)設(shè)計(jì)情境，提出問(wèn)題；(2)分析問(wèn)題，解決問(wèn)題；(3)回顧，歸納及得出結(jié)論[3-4]。

二、問(wèn)題解決法在“電路CAD”課程中的應(yīng)用

問(wèn)題解決法在“電路CAD”課程的課堂教學(xué)中以發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性展開(kāi)教學(xué)。從教學(xué)內(nèi)容上看，將整個(gè)課程分成以啟發(fā)學(xué)習(xí)階段(課堂上完成)、問(wèn)題解決階段(課下和實(shí)驗(yàn)室完成)兩個(gè)由淺入深的階段展開(kāi)。在啟發(fā)學(xué)習(xí)階段中，用一個(gè)電路的PCB 版圖為實(shí)例，老師以提問(wèn)的方式，逐步深入地引導(dǎo)學(xué)生使用軟件來(lái)設(shè)計(jì)電路，并給出設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生了解和認(rèn)識(shí)EWB5.0、Protel99SE軟件進(jìn)行電路原理圖和PCB 版圖的繪制方法與步驟，加深他們對(duì)軟件操作知識(shí)點(diǎn)的理解。在問(wèn)題解決階段中，讓學(xué)生上機(jī)操作，親手繪制自己設(shè)計(jì)出來(lái)的電路的PCB 版圖，并對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的電路進(jìn)行仿真測(cè)試。

本文以搶答器電路設(shè)計(jì)為例，具體說(shuō)明問(wèn)題解決法在“電路CAD”課程教學(xué)中的實(shí)施步驟。

(一)設(shè)計(jì)情境，提出問(wèn)題

該步驟要求教師向?qū)W生提出問(wèn)題后，重點(diǎn)講解待解決問(wèn)題的理論或?qū)嶋H背景，幫助學(xué)生了解其學(xué)習(xí)目的，進(jìn)入良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

情境：外語(yǔ)系要舉辦一個(gè)英語(yǔ)知識(shí)競(jìng)賽，需要使用搶答器。搶答器的功能要求如下：(1)可同時(shí)供四名選手參加競(jìng)賽；(2)由主持人宣布搶答開(kāi)始和搶答復(fù)位。同學(xué)們能否為他們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的搶答器呢？(給同學(xué)們20分鐘的時(shí)間討論)。

由于有了這樣的應(yīng)用背景，學(xué)生們一下子就興奮起來(lái)了，由3-4人為一組開(kāi)始討論解決問(wèn)題的方案。鑒于學(xué)生在本課程之前已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程，因此在該情境下，學(xué)生能將已掌握的相關(guān)知識(shí)融入本課程的學(xué)習(xí)中，這樣不僅能做到知識(shí)的前后銜接，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

(二)分析問(wèn)題，解決問(wèn)題

該步驟要求教師圍繞教學(xué)中提出的問(wèn)題，逐步啟發(fā)學(xué)生、給出解決方案，并且盡可能讓學(xué)生使用“頭腦風(fēng)暴”來(lái)給出多種解決方法，如下例。

教師：搶答器的主要功能有哪些呢？

學(xué)生：定時(shí)(倒計(jì)時(shí))、搶答。

教師：對(duì)，那么怎樣實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能呢？

學(xué)生：用減法計(jì)數(shù)器。

教師：哪些芯片有減法計(jì)數(shù)功能呢？

學(xué)生：74LS192、74LS161。

教師：怎樣實(shí)現(xiàn)搶答呢？我們?cè)鯓又朗菐滋?hào)選手搶答到了？

學(xué)生：可以給每位選手先編碼，通過(guò)譯碼器得知搶答成功的選手，并通過(guò)七段數(shù)碼管顯示該選手的編號(hào)。

教師：搶答開(kāi)始后，如果有兩名選手幾乎是同時(shí)按下?lián)尨鹌鳎鯓硬拍苤朗钦l(shuí)先按下?lián)尨鹌髂兀?/p>

學(xué)生：若有多名選手幾乎是同時(shí)按動(dòng)搶答按鈕，優(yōu)先搶答的選手編號(hào)會(huì)輸入回路封鎖，禁止其他選手搶答。

教師：還有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，當(dāng)主持人宣布“開(kāi)始”時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)報(bào)警器發(fā)聲，且搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)？當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，又怎么實(shí)現(xiàn)報(bào)警器響，且搶答電路和定時(shí)電路停止工作？

學(xué)生：這兩個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，時(shí)序控制電路可以用軟件中集成的脈沖信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生，也可以用74LS121來(lái)產(chǎn)生。

到此為止，一個(gè)簡(jiǎn)單搶答器的基本功能就實(shí)現(xiàn)了。為了激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)造性，教師可以做更深入的問(wèn)題引導(dǎo)，例如：

教師：如果主持人宣布搶答開(kāi)始后，沒(méi)有選手搶答，考慮這種情況的話，該怎樣設(shè)計(jì)搶答器呢？

學(xué)生：如果時(shí)間到?jīng)]人搶答的話，可以設(shè)置報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。

上述問(wèn)題的設(shè)置，有效激發(fā)了學(xué)生自主地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的積極性。

(三)回顧，歸納及得出結(jié)論

該步驟要求教師根據(jù)學(xué)生提出的多種方案，總結(jié)利弊，理順解決問(wèn)題的思維通道，強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

在上例中，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)有兩種方案：一種74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能；一種74LS161是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。經(jīng)過(guò)分析及研究，大家決定采用74LS192為倒計(jì)時(shí)定時(shí)電路的核心芯片。再如脈沖電路的設(shè)計(jì)，如采用74LS121計(jì)數(shù)器，這樣又給學(xué)生提供一次電路設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，而如用軟件自帶的脈沖信號(hào)發(fā)生器，學(xué)生就會(huì)缺少一次設(shè)計(jì)脈沖電路的機(jī)會(huì)。

三、應(yīng)用問(wèn)題解決法的效果與思考

通過(guò)對(duì)教學(xué)方法的研究，依據(jù)授課內(nèi)容，選擇問(wèn)題解決法的教學(xué)模式，體現(xiàn)了啟發(fā)式教學(xué)思想的內(nèi)涵。實(shí)踐證明，問(wèn)題解決法對(duì)教師和學(xué)生有很大的幫助，特別為學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)，使學(xué)生的獨(dú)立解決問(wèn)題的意識(shí)增強(qiáng)，依賴課堂、依賴教師的惰性大大減少，學(xué)生因此能主動(dòng)、充分和有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。該教學(xué)方法充分體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)思想。

四、結(jié)論

通過(guò)這幾年的教學(xué)效果可以看出，教師在“電路CAD”課程教學(xué)中，采用問(wèn)題解決法的教學(xué)模式，優(yōu)化了課堂教學(xué)，提高了教學(xué)質(zhì)量。有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，而且還鍛煉了他們的動(dòng)手能力，同時(shí)這種教學(xué)方法也受到了學(xué)生的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 汪 瑩，王冬梅，王海鵬.關(guān)于“問(wèn)題解決”教學(xué)模式的探討[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，(1)：46-47.

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