基于能力矩陣的單片機課程建設研究

趙巍+趙文平+馮娜+劉玉山

摘要：探討以培養學生的教育教學能力、專業實踐能力和科研與開發能力為目標，以“單片機原理及應用”課程為例，將該課程的各知識點按照能力培養的目標制定能力矩陣，旨在為專業課教師開展教學提供借鑒。

關鍵詞：能力矩陣；單片機原理及應用；職業能力

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

我校的機械制造工藝教育專業成立于1995年。在近二十年的專業建設中，機械制造工藝教育專業充分貫徹學校的“動手動腦、全面發展”的辦學理念，在學校辦學特色和人才培養模式的形成與發展過程中發揮了重要作用，在培養“雙證書、一體化”職教師資方面做出了突出貢獻，培養出了我國首批“雙證書”畢業生和“本科+技師”畢業生，并獲得國家級教學成果一等獎。

目前，國家推進高等教育改革，倡導普通大學向應用型方向轉型，應用型人才培養更強調綜合應用性知識，更強調復合能力（包括應用技能、實踐能力、應用領域的革新能力等），更強調自信心及開拓創業精神的訓練，要求學生具備更高的適應社會多種崗位的綜合素質，即生活和生存能力，培養的是現代技術的應用者、實施者和實現者。

職業能力是完成工作任務需要采取的行動或策略，包括動作技能和智慧技能。機械制造工藝教育專業“雙師型”教師應該具備的職業能力包括：教育教學能力、專業實踐能力和科研與開發能力。換言之，就是應具備師范性、職業性、學術性三性合一的能力。

如何在專業課程的建設中體現職業能力的培養呢？筆者在多年的教學實踐中總結出一定的規律，并以“單片機原理及應用”課程為例，按照培養教育教學能力、專業實踐能力和科研與開發能力的目標，以及“單片機原理及應用”課程大綱的要求，制定了能力實現矩陣，目的是在使學生掌握專業基礎知識和基本技能的基礎上，培養學生的學習能力和表達能力。

基于能力矩陣的專業課程建設

筆者一直從事機械類本科生的單片機教學工作，努力從培養學生的學習興趣出發，使學生掌握單片機的基本知識，為以后參加創新設計大賽、機電產品的開發等打好基礎，并且在傳授基本知識的同時，按照本專業的培養目標，注重對學生師范性、職業性能力的培養。

（一）培養學術性能力的矩陣研究

“單片機原理及應用”課程的學術性培養目標 單片機是一種在工業控制領域廣泛應用的集成電路芯片，是集CPU、ROM、RAM、中斷系統、定時器/計數器、I/O接口電路于一體的微型計算機，具有體積小、成本低等優點。自20世紀70年代問世以來，就在工業自動化控制、航空航天系統、智能化家用電器、辦公自動化設備、智能化通信產品、汽車電子產品等各個領域得到廣泛使用。本課程制定的學術性能力培養目標是：使學生掌握單片機的基本概念及單片機的工作原理，學會發脈沖、控制步進電機，學會查表法，學會使用中斷等。

教學內容及教學實施 為了達到上述目標，該門課程設置了單片機的緒論、概述、單片機的結構、匯編語言（C語言）指令體系、匯編語言（C語言）編程、單片機的存儲器、中斷系統等7個章節。在講課過程中，注重培養學生的興趣，吸引學生的注意力。例如，在單片機的“緒論”一節中，以學生熟悉的霓虹燈、 公交車號（七段發光數碼管）做開場白，第一時間吸引學生的注意力，從而引出單片機的概念、單片機的性能，二、十、十六進制數變換的方法、用途。再如，在講解尋址方式的時候，起初是按照教材章節的安排講授，即先講尋址方式，再講單片機指令體系。但由于尋址方式抽象、枯燥，教學效果并不好，剛講完兩種尋址方式，有的學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合的方法進行講解。傳送方式和尋址方式同時講完，既縮短了教學時間，又提高了教學質量。跟上教學進度的學生越來越多，課堂氣氛也活躍。教學中，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，達到的效果就是在學生的腦海中各個知識點不是孤立的，而是一個有機的整體；學生不僅牢固地掌握了各個知識點，更重要的是通過項目學會了靈活使用單片機，實現了培養學術性能力的目標。課程教學中所選用的項目如下：（1）**讓某一盞LED點亮**（順序結構）；（2）**讓一盞LED閃爍**（循環結構）；（3）**讓LED間隔點亮**（順序結構）；（4）**讓LED形成流水燈**（循環結構）；（5）**讓某一位七段LED顯示“1”（靜態的，共陰極）**（順序結構）；（6）**讓某一位七段LED顯示“0～8”（靜態的，共陰極）**；（7）**讓某一位七段LED顯示“8、5、9”（靜態的，共陰極）**；（8）**讓七段LED數碼管顯示“12”、“859”、“1140”（動態）；（9）**步進電機四相八拍旋轉**；（10）**3～8譯碼器控制LED點亮**；（11）**3～8譯碼器控制LED循環點亮**；（12）**中斷控制燈點亮**；（13）**七段數碼管顯示“0～8”，外部中斷使LED燈點亮數碼管停止顯示**（數碼管顯示相當于數控系統顯示加工程序，外部按鍵中斷相當于急停開關，LED燈相當于報警燈）；（14）**定時中斷控制燈循環點亮**。通過以上項目，可循序漸進、潛移默化地實現培養目標。培養學術性能力的實現矩陣如表1所示。

（二）培養師范性能力的矩陣研究

“單片機原理及應用”課程的師范性能力培養目標 所謂師范性知識主要指教師勞動特殊需要的教育科學知識。在教學中，筆者注重知識性與師范性的結合。學生不僅要掌握知識，更要掌握把知識傳授給別人的方法。

教學內容及教學實施 可從如下幾方面著手培養學生的師范性能力：（1）注重專業術語的教學。任何一門學科都有其特定的專業術語，掌握專業術語不僅僅是了解一個語言學名詞，更是對專業知識的掌握與理解。首先要解釋各個專業術語的英文縮寫，幫助學生記憶和掌握。如SFR是special function registor，MCU是Micro Controller Unit，SoC是System on Chip等。在單片機技術中，有很多這樣的英語術語，在了解專業術語的基礎上，要求學生全面、系統掌握基礎知識。具體做法是讓學生用3～5分鐘時間默讀某一知識點，隨后由教師提問，考查學生的掌握程度。通過這個方式，學生可以在較短時間內牢固掌握知識點，鍛煉學生的注意力和應激能力。（2）注重教學方法的傳授。出于師范性的要求，在知識的傳授上，應注重系統性、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，先講計算機組成、特性，再延伸到單片機組成、特性；二是由外到內、由表及里的認識方法，由看得見的引腳引申出單片機內部結構，這樣不僅有利于單片機知識的傳授，也可讓學生掌握教學方法和技巧；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）；四是講述與練習相結合的教學方法，注重知識傳授與思考練習相結合，例如，第一節課講查表法，留作業預習延時，下節課再講延時，再留作業。培養師范性能力的實現矩陣如表2所示。

（三）培養職業性能力的矩陣研究

“單片機原理及應用”課程的職業性能力培養目標 所謂職業性知識即從事某一職業崗位或職業崗位群工作所應具備的專業實踐知識，如辦公自動化、職業指導與咨詢、計算機應用等方面的實踐知識。通過本門課程的學習，應使學生建立時間觀念，培養觀察能力、查詢相關書籍或電子文獻的能力、理論與實踐相結合的能力，增強系統觀念。

教學內容及教學實施 在單片機技術的講解過程中培養職業素質，具體內容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結時明確指出：本門課要講多少學時，多少實驗學時，每章講多少學時；每一節課強調：當前是某章的第幾節；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養觀察能力，使學生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發光數碼管如何變換；如何擺成共陰極；進制數變換（強調基礎學習的重要性）等。（3）培養查詢相關書籍或電子文獻的能力。當今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術方面，新的理論與技術層出不窮。在教學中應注重學生這方面能力的提高。如在學習了第一章后，可布置學生查找馮·諾依曼結構、哈佛結構、LED的工作原理等；在學習了第二章后，可布置學生查詢D觸發器、P0口結構等。（4）培養理論與實踐相結合的能力。單片機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。所以課程組開發了實驗箱，分發給學生做課后練習使用。（5）增強系統觀念。單片機和計算機一樣，各個部件的速度都會影響到整機的效率，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，但如果內存、前端總線很小，計算機的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統、全局的觀念。培養職業性能力的實現矩陣如表3所示。

筆者按照職業能力的要求，建立了單片機課程的能力矩陣，旨在培養學生的學術性、師范性和職業性能力，教學效果良好。

參考文獻：

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

[2]趙慶聰，陳立南.以培養應用型人才為目標的《數據結構》課程改革探索——信管試點專業《數據結構》課程建設方案研究[J].教育教學論壇，2013（51）：27-27.

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

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

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

[6]劉強，楊軼璐.提高《單片機基礎及應用》教學質量的探討[J].教育教學論壇，2013（48）：76-77.

[7]趙巍，馮娜，李彬.機械專業單片機課程教學方法研究[J].科技資訊，2013（24）：167-170.

（責任編輯：王恒）

（三）培養職業性能力的矩陣研究

“單片機原理及應用”課程的職業性能力培養目標 所謂職業性知識即從事某一職業崗位或職業崗位群工作所應具備的專業實踐知識，如辦公自動化、職業指導與咨詢、計算機應用等方面的實踐知識。通過本門課程的學習，應使學生建立時間觀念，培養觀察能力、查詢相關書籍或電子文獻的能力、理論與實踐相結合的能力，增強系統觀念。

教學內容及教學實施 在單片機技術的講解過程中培養職業素質，具體內容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結時明確指出：本門課要講多少學時，多少實驗學時，每章講多少學時；每一節課強調：當前是某章的第幾節；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養觀察能力，使學生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發光數碼管如何變換；如何擺成共陰極；進制數變換（強調基礎學習的重要性）等。（3）培養查詢相關書籍或電子文獻的能力。當今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術方面，新的理論與技術層出不窮。在教學中應注重學生這方面能力的提高。如在學習了第一章后，可布置學生查找馮·諾依曼結構、哈佛結構、LED的工作原理等；在學習了第二章后，可布置學生查詢D觸發器、P0口結構等。（4）培養理論與實踐相結合的能力。單片機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。所以課程組開發了實驗箱，分發給學生做課后練習使用。（5）增強系統觀念。單片機和計算機一樣，各個部件的速度都會影響到整機的效率，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，但如果內存、前端總線很小，計算機的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統、全局的觀念。培養職業性能力的實現矩陣如表3所示。

筆者按照職業能力的要求，建立了單片機課程的能力矩陣，旨在培養學生的學術性、師范性和職業性能力，教學效果良好。

參考文獻：

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

[2]趙慶聰，陳立南.以培養應用型人才為目標的《數據結構》課程改革探索——信管試點專業《數據結構》課程建設方案研究[J].教育教學論壇，2013（51）：27-27.

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

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

[6]劉強，楊軼璐.提高《單片機基礎及應用》教學質量的探討[J].教育教學論壇，2013（48）：76-77.

[7]趙巍，馮娜，李彬.機械專業單片機課程教學方法研究[J].科技資訊，2013（24）：167-170.

（責任編輯：王恒）

（三）培養職業性能力的矩陣研究

“單片機原理及應用”課程的職業性能力培養目標 所謂職業性知識即從事某一職業崗位或職業崗位群工作所應具備的專業實踐知識，如辦公自動化、職業指導與咨詢、計算機應用等方面的實踐知識。通過本門課程的學習，應使學生建立時間觀念，培養觀察能力、查詢相關書籍或電子文獻的能力、理論與實踐相結合的能力，增強系統觀念。

教學內容及教學實施 在單片機技術的講解過程中培養職業素質，具體內容如下：（1）建立時間觀念。第一堂課最后總結時明確指出：本門課要講多少學時，多少實驗學時，每章講多少學時；每一節課強調：當前是某章的第幾節；講“振蕩頻率、周期”時注重效率概念。（2）培養觀察能力，使學生能夠舉一反三。如講解第一章時，要分析二極管擺成七段共陽級發光數碼管如何變換；如何擺成共陰極；進制數變換（強調基礎學習的重要性）等。（3）培養查詢相關書籍或電子文獻的能力。當今世界是一個知識爆炸的時代，特別是在電子技術方面，新的理論與技術層出不窮。在教學中應注重學生這方面能力的提高。如在學習了第一章后，可布置學生查找馮·諾依曼結構、哈佛結構、LED的工作原理等；在學習了第二章后，可布置學生查詢D觸發器、P0口結構等。（4）培養理論與實踐相結合的能力。單片機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。所以課程組開發了實驗箱，分發給學生做課后練習使用。（5）增強系統觀念。單片機和計算機一樣，各個部件的速度都會影響到整機的效率，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，但如果內存、前端總線很小，計算機的運行速度也是很慢的，從而可以引出系統、全局的觀念。培養職業性能力的實現矩陣如表3所示。

筆者按照職業能力的要求，建立了單片機課程的能力矩陣，旨在培養學生的學術性、師范性和職業性能力，教學效果良好。

參考文獻：

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

[2]趙慶聰，陳立南.以培養應用型人才為目標的《數據結構》課程改革探索——信管試點專業《數據結構》課程建設方案研究[J].教育教學論壇，2013（51）：27-27.

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

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

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

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[7]趙巍，馮娜，李彬.機械專業單片機課程教學方法研究[J].科技資訊，2013（24）：167-170.

（責任編輯：王恒）