基于能力矩陣的單片機(jī)課程建設(shè)研究

趙巍+趙文平+馮娜+劉玉山

摘要：探討以培養(yǎng)學(xué)生的教育教學(xué)能力、專業(yè)實踐能力和科研與開發(fā)能力為目標(biāo)，以“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程為例，將該課程的各知識點按照能力培養(yǎng)的目標(biāo)制定能力矩陣，旨在為專業(yè)課教師開展教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：能力矩陣；單片機(jī)原理及應(yīng)用；職業(yè)能力

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）10-0091-03

我校的機(jī)械制造工藝教育專業(yè)成立于1995年。在近二十年的專業(yè)建設(shè)中，機(jī)械制造工藝教育專業(yè)充分貫徹學(xué)校的“動手動腦、全面發(fā)展”的辦學(xué)理念，在學(xué)校辦學(xué)特色和人才培養(yǎng)模式的形成與發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用，在培養(yǎng)“雙證書、一體化”職教師資方面做出了突出貢獻(xiàn)，培養(yǎng)出了我國首批“雙證書”畢業(yè)生和“本科+技師”畢業(yè)生，并獲得國家級教學(xué)成果一等獎。

目前，國家推進(jìn)高等教育改革，倡導(dǎo)普通大學(xué)向應(yīng)用型方向轉(zhuǎn)型，應(yīng)用型人才培養(yǎng)更強(qiáng)調(diào)綜合應(yīng)用性知識，更強(qiáng)調(diào)復(fù)合能力（包括應(yīng)用技能、實踐能力、應(yīng)用領(lǐng)域的革新能力等），更強(qiáng)調(diào)自信心及開拓創(chuàng)業(yè)精神的訓(xùn)練，要求學(xué)生具備更高的適應(yīng)社會多種崗位的綜合素質(zhì)，即生活和生存能力，培養(yǎng)的是現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用者、實施者和實現(xiàn)者。

職業(yè)能力是完成工作任務(wù)需要采取的行動或策略，包括動作技能和智慧技能。機(jī)械制造工藝教育專業(yè)“雙師型”教師應(yīng)該具備的職業(yè)能力包括：教育教學(xué)能力、專業(yè)實踐能力和科研與開發(fā)能力。換言之，就是應(yīng)具備師范性、職業(yè)性、學(xué)術(shù)性三性合一的能力。

如何在專業(yè)課程的建設(shè)中體現(xiàn)職業(yè)能力的培養(yǎng)呢？筆者在多年的教學(xué)實踐中總結(jié)出一定的規(guī)律，并以“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程為例，按照培養(yǎng)教育教學(xué)能力、專業(yè)實踐能力和科研與開發(fā)能力的目標(biāo)，以及“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程大綱的要求，制定了能力實現(xiàn)矩陣，目的是在使學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和表達(dá)能力。

基于能力矩陣的專業(yè)課程建設(shè)

筆者一直從事機(jī)械類本科生的單片機(jī)教學(xué)工作，努力從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，使學(xué)生掌握單片機(jī)的基本知識，為以后參加創(chuàng)新設(shè)計大賽、機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)等打好基礎(chǔ)，并且在傳授基本知識的同時，按照本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，注重對學(xué)生師范性、職業(yè)性能力的培養(yǎng)。

（一）培養(yǎng)學(xué)術(shù)性能力的矩陣研究

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的學(xué)術(shù)性培養(yǎng)目標(biāo) 單片機(jī)是一種在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的集成電路芯片，是集CPU、ROM、RAM、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、I/O接口電路于一體的微型計算機(jī)，具有體積小、成本低等優(yōu)點。自20世紀(jì)70年代問世以來，就在工業(yè)自動化控制、航空航天系統(tǒng)、智能化家用電器、辦公自動化設(shè)備、智能化通信產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品等各個領(lǐng)域得到廣泛使用。本課程制定的學(xué)術(shù)性能力培養(yǎng)目標(biāo)是：使學(xué)生掌握單片機(jī)的基本概念及單片機(jī)的工作原理，學(xué)會發(fā)脈沖、控制步進(jìn)電機(jī)，學(xué)會查表法，學(xué)會使用中斷等。

教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)實施 為了達(dá)到上述目標(biāo)，該門課程設(shè)置了單片機(jī)的緒論、概述、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、匯編語言（C語言）指令體系、匯編語言（C語言）編程、單片機(jī)的存儲器、中斷系統(tǒng)等7個章節(jié)。在講課過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生的注意力。例如，在單片機(jī)的“緒論”一節(jié)中，以學(xué)生熟悉的霓虹燈、 公交車號（七段發(fā)光數(shù)碼管）做開場白，第一時間吸引學(xué)生的注意力，從而引出單片機(jī)的概念、單片機(jī)的性能，二、十、十六進(jìn)制數(shù)變換的方法、用途。再如，在講解尋址方式的時候，起初是按照教材章節(jié)的安排講授，即先講尋址方式，再講單片機(jī)指令體系。但由于尋址方式抽象、枯燥，教學(xué)效果并不好，剛講完兩種尋址方式，有的學(xué)生就沒有興趣或者聽不懂。后來，筆者采用將傳送指令與尋址方式相結(jié)合的方法進(jìn)行講解。傳送方式和尋址方式同時講完，既縮短了教學(xué)時間，又提高了教學(xué)質(zhì)量。跟上教學(xué)進(jìn)度的學(xué)生越來越多，課堂氣氛也活躍。教學(xué)中，在保證課程體系完整的同時，采用由簡到難的十幾個項目將該門課程貫穿起來，達(dá)到的效果就是在學(xué)生的腦海中各個知識點不是孤立的，而是一個有機(jī)的整體；學(xué)生不僅牢固地掌握了各個知識點，更重要的是通過項目學(xué)會了靈活使用單片機(jī)，實現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)術(shù)性能力的目標(biāo)。課程教學(xué)中所選用的項目如下：（1）**讓某一盞LED點亮**（順序結(jié)構(gòu)）；（2）**讓一盞LED閃爍**（循環(huán)結(jié)構(gòu)）；（3）**讓LED間隔點亮**（順序結(jié)構(gòu)）；（4）**讓LED形成流水燈**（循環(huán)結(jié)構(gòu)）；（5）**讓某一位七段LED顯示“1”（靜態(tài)的，共陰極）**（順序結(jié)構(gòu)）；（6）**讓某一位七段LED顯示“0～8”（靜態(tài)的，共陰極）**；（7）**讓某一位七段LED顯示“8、5、9”（靜態(tài)的，共陰極）**；（8）**讓七段LED數(shù)碼管顯示“12”、“859”、“1140”（動態(tài)）；（9）**步進(jìn)電機(jī)四相八拍旋轉(zhuǎn)**；（10）**3～8譯碼器控制LED點亮**；（11）**3～8譯碼器控制LED循環(huán)點亮**；（12）**中斷控制燈點亮**；（13）**七段數(shù)碼管顯示“0～8”，外部中斷使LED燈點亮數(shù)碼管停止顯示**（數(shù)碼管顯示相當(dāng)于數(shù)控系統(tǒng)顯示加工程序，外部按鍵中斷相當(dāng)于急停開關(guān)，LED燈相當(dāng)于報警燈）；（14）**定時中斷控制燈循環(huán)點亮**。通過以上項目，可循序漸進(jìn)、潛移默化地實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)學(xué)術(shù)性能力的實現(xiàn)矩陣如表1所示。

（二）培養(yǎng)師范性能力的矩陣研究

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的師范性能力培養(yǎng)目標(biāo) 所謂師范性知識主要指教師勞動特殊需要的教育科學(xué)知識。在教學(xué)中，筆者注重知識性與師范性的結(jié)合。學(xué)生不僅要掌握知識，更要掌握把知識傳授給別人的方法。

教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)實施 可從如下幾方面著手培養(yǎng)學(xué)生的師范性能力：（1）注重專業(yè)術(shù)語的教學(xué)。任何一門學(xué)科都有其特定的專業(yè)術(shù)語，掌握專業(yè)術(shù)語不僅僅是了解一個語言學(xué)名詞，更是對專業(yè)知識的掌握與理解。首先要解釋各個專業(yè)術(shù)語的英文縮寫，幫助學(xué)生記憶和掌握。如SFR是special function registor，MCU是Micro Controller Unit，SoC是System on Chip等。在單片機(jī)技術(shù)中，有很多這樣的英語術(shù)語，在了解專業(yè)術(shù)語的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生全面、系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)知識。具體做法是讓學(xué)生用3～5分鐘時間默讀某一知識點，隨后由教師提問，考查學(xué)生的掌握程度。通過這個方式，學(xué)生可以在較短時間內(nèi)牢固掌握知識點，鍛煉學(xué)生的注意力和應(yīng)激能力。（2）注重教學(xué)方法的傳授。出于師范性的要求，在知識的傳授上，應(yīng)注重系統(tǒng)性、連貫性。講述時可采用如下四種方法：一是由熟悉到陌生的講述方法，先講計算機(jī)組成、特性，再延伸到單片機(jī)組成、特性；二是由外到內(nèi)、由表及里的認(rèn)識方法，由看得見的引腳引申出單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣不僅有利于單片機(jī)知識的傳授，也可讓學(xué)生掌握教學(xué)方法和技巧；三是由抽象思維到形象思維的論述方法，先口述（抽象、聽覺），再看幻燈片（形象、視覺）；四是講述與練習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方法，注重知識傳授與思考練習(xí)相結(jié)合，例如，第一節(jié)課講查表法，留作業(yè)預(yù)習(xí)延時，下節(jié)課再講延時，再留作業(yè)。培養(yǎng)師范性能力的實現(xiàn)矩陣如表2所示。

（三）培養(yǎng)職業(yè)性能力的矩陣研究

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的職業(yè)性能力培養(yǎng)目標(biāo) 所謂職業(yè)性知識即從事某一職業(yè)崗位或職業(yè)崗位群工作所應(yīng)具備的專業(yè)實踐知識，如辦公自動化、職業(yè)指導(dǎo)與咨詢、計算機(jī)應(yīng)用等方面的實踐知識。通過本門課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生建立時間觀念，培養(yǎng)觀察能力、查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力、理論與實踐相結(jié)合的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。

教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)實施 在單片機(jī)技術(shù)的講解過程中培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)，具體內(nèi)容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結(jié)時明確指出：本門課要講多少學(xué)時，多少實驗學(xué)時，每章講多少學(xué)時；每一節(jié)課強(qiáng)調(diào)：當(dāng)前是某章的第幾節(jié)；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養(yǎng)觀察能力，使學(xué)生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發(fā)光數(shù)碼管如何變換；如何擺成共陰極；進(jìn)制數(shù)變換（強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的重要性）等。（3）培養(yǎng)查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力。當(dāng)今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術(shù)方面，新的理論與技術(shù)層出不窮。在教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生這方面能力的提高。如在學(xué)習(xí)了第一章后，可布置學(xué)生查找馮·諾依曼結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu)、LED的工作原理等；在學(xué)習(xí)了第二章后，可布置學(xué)生查詢D觸發(fā)器、P0口結(jié)構(gòu)等。（4）培養(yǎng)理論與實踐相結(jié)合的能力。單片機(jī)語言編程的理論知識并不深奧，但實際編程工作卻不是如此簡單。一個程序的形成不僅需要有豐富的編程語言知識，更多地需要融入個人的編程思路和算法。所以課程組開發(fā)了實驗箱，分發(fā)給學(xué)生做課后練習(xí)使用。（5）增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。單片機(jī)和計算機(jī)一樣，各個部件的速度都會影響到整機(jī)的效率，如累加器A是多個指令中都要用的寄存器，讀寫A的速度快慢會影響到控制的速度；再如雖硬盤很大，但如果內(nèi)存、前端總線很小，計算機(jī)的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統(tǒng)、全局的觀念。培養(yǎng)職業(yè)性能力的實現(xiàn)矩陣如表3所示。

筆者按照職業(yè)能力的要求，建立了單片機(jī)課程的能力矩陣，旨在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)性、師范性和職業(yè)性能力，教學(xué)效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小虎，楊祥.新型應(yīng)用型本科院校發(fā)展的14個基本問題[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（1）：17-22.

[2]趙慶聰，陳立南.以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程改革探索——信管試點專業(yè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)方案研究[J].教育教學(xué)論壇，2013（51）：27-27.

[3]宮謙.能力矩陣教學(xué)方法的研究與實踐[J].高等教育研究，2012（12）：84-86.

[4]鄢立，黃荻.《單片機(jī)技術(shù)及實踐》課程“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式的探索與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2013（52）：210-211.

[5]游雨云，李金生.單片機(jī)教學(xué)模式探討[J].河南科技，2013（23）：264.

[6]劉強(qiáng)，楊軼璐.提高《單片機(jī)基礎(chǔ)及應(yīng)用》教學(xué)質(zhì)量的探討[J].教育教學(xué)論壇，2013（48）：76-77.

[7]趙巍，馮娜，李彬.機(jī)械專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)方法研究[J].科技資訊，2013（24）：167-170.

（責(zé)任編輯：王恒）

（三）培養(yǎng)職業(yè)性能力的矩陣研究

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的職業(yè)性能力培養(yǎng)目標(biāo) 所謂職業(yè)性知識即從事某一職業(yè)崗位或職業(yè)崗位群工作所應(yīng)具備的專業(yè)實踐知識，如辦公自動化、職業(yè)指導(dǎo)與咨詢、計算機(jī)應(yīng)用等方面的實踐知識。通過本門課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生建立時間觀念，培養(yǎng)觀察能力、查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力、理論與實踐相結(jié)合的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。

教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)實施 在單片機(jī)技術(shù)的講解過程中培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)，具體內(nèi)容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結(jié)時明確指出：本門課要講多少學(xué)時，多少實驗學(xué)時，每章講多少學(xué)時；每一節(jié)課強(qiáng)調(diào)：當(dāng)前是某章的第幾節(jié)；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養(yǎng)觀察能力，使學(xué)生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發(fā)光數(shù)碼管如何變換；如何擺成共陰極；進(jìn)制數(shù)變換（強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的重要性）等。（3）培養(yǎng)查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力。當(dāng)今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術(shù)方面，新的理論與技術(shù)層出不窮。在教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生這方面能力的提高。如在學(xué)習(xí)了第一章后，可布置學(xué)生查找馮·諾依曼結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu)、LED的工作原理等；在學(xué)習(xí)了第二章后，可布置學(xué)生查詢D觸發(fā)器、P0口結(jié)構(gòu)等。（4）培養(yǎng)理論與實踐相結(jié)合的能力。單片機(jī)語言編程的理論知識并不深奧，但實際編程工作卻不是如此簡單。一個程序的形成不僅需要有豐富的編程語言知識，更多地需要融入個人的編程思路和算法。所以課程組開發(fā)了實驗箱，分發(fā)給學(xué)生做課后練習(xí)使用。（5）增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。單片機(jī)和計算機(jī)一樣，各個部件的速度都會影響到整機(jī)的效率，如累加器A是多個指令中都要用的寄存器，讀寫A的速度快慢會影響到控制的速度；再如雖硬盤很大，但如果內(nèi)存、前端總線很小，計算機(jī)的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統(tǒng)、全局的觀念。培養(yǎng)職業(yè)性能力的實現(xiàn)矩陣如表3所示。

筆者按照職業(yè)能力的要求，建立了單片機(jī)課程的能力矩陣，旨在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)性、師范性和職業(yè)性能力，教學(xué)效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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[5]游雨云，李金生.單片機(jī)教學(xué)模式探討[J].河南科技，2013（23）：264.

[6]劉強(qiáng)，楊軼璐.提高《單片機(jī)基礎(chǔ)及應(yīng)用》教學(xué)質(zhì)量的探討[J].教育教學(xué)論壇，2013（48）：76-77.

[7]趙巍，馮娜，李彬.機(jī)械專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)方法研究[J].科技資訊，2013（24）：167-170.

（責(zé)任編輯：王恒）

（三）培養(yǎng)職業(yè)性能力的矩陣研究

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的職業(yè)性能力培養(yǎng)目標(biāo) 所謂職業(yè)性知識即從事某一職業(yè)崗位或職業(yè)崗位群工作所應(yīng)具備的專業(yè)實踐知識，如辦公自動化、職業(yè)指導(dǎo)與咨詢、計算機(jī)應(yīng)用等方面的實踐知識。通過本門課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生建立時間觀念，培養(yǎng)觀察能力、查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力、理論與實踐相結(jié)合的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。

教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)實施 在單片機(jī)技術(shù)的講解過程中培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)，具體內(nèi)容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結(jié)時明確指出：本門課要講多少學(xué)時，多少實驗學(xué)時，每章講多少學(xué)時；每一節(jié)課強(qiáng)調(diào)：當(dāng)前是某章的第幾節(jié)；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養(yǎng)觀察能力，使學(xué)生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發(fā)光數(shù)碼管如何變換；如何擺成共陰極；進(jìn)制數(shù)變換（強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的重要性）等。（3）培養(yǎng)查詢相關(guān)書籍或電子文獻(xiàn)的能力。當(dāng)今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術(shù)方面，新的理論與技術(shù)層出不窮。在教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生這方面能力的提高。如在學(xué)習(xí)了第一章后，可布置學(xué)生查找馮·諾依曼結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu)、LED的工作原理等；在學(xué)習(xí)了第二章后，可布置學(xué)生查詢D觸發(fā)器、P0口結(jié)構(gòu)等。（4）培養(yǎng)理論與實踐相結(jié)合的能力。單片機(jī)語言編程的理論知識并不深奧，但實際編程工作卻不是如此簡單。一個程序的形成不僅需要有豐富的編程語言知識，更多地需要融入個人的編程思路和算法。所以課程組開發(fā)了實驗箱，分發(fā)給學(xué)生做課后練習(xí)使用。（5）增強(qiáng)系統(tǒng)觀念。單片機(jī)和計算機(jī)一樣，各個部件的速度都會影響到整機(jī)的效率，如累加器A是多個指令中都要用的寄存器，讀寫A的速度快慢會影響到控制的速度；再如雖硬盤很大，但如果內(nèi)存、前端總線很小，計算機(jī)的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統(tǒng)、全局的觀念。培養(yǎng)職業(yè)性能力的實現(xiàn)矩陣如表3所示。

筆者按照職業(yè)能力的要求，建立了單片機(jī)課程的能力矩陣，旨在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)性、師范性和職業(yè)性能力，教學(xué)效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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