探讨高职案例式教学在高职嵌入式系统教学运用

【摘要】对高职院校嵌入式专业课程体系进行深入剖析，构建嵌入式专业详细的课程体系，阐述课程体系中课程之间的相互关系，提出基于案例式教学的创新教学模式，为提高高职院校嵌入式系统专业学生的素质提供新的实施渠道和方式。
【关键词】嵌入式系统专业　专业课课程体系高职
0450-9889（2012）10C-0045-03
根据相关机构近几年所公布的IT领域热门岗位情况看，嵌入式专业的岗位一直名列前茅，社会对嵌入式人才的需求呈上升趋势。但近年来，随着嵌入式技术的迅猛发展，社会上对嵌入式方向的人才能力要求也在不断地发生改变，过去传统的一些嵌入式专业所设置的课程已经不再适合当前嵌入式市场对人才的需求。
学生的就业率是直接衡量高职院校教学质量的重要指标。如何提高高职院校学生走向社会之后的竞争实力，也是我们在对学生培养过程当中的重要目标。因此，为了适应当前嵌入式技术的迅猛发展和社会上对嵌入式人才需求的不断变化，有必要对高职院校嵌入式专业的课程体系进行深入的梳理和剖析，根据当前市场对嵌入式专业人才的需求，明确高职院校在嵌入式专业人才培养过程当中的定位，构建高职院校嵌入式专业人才培养的课程体系，结合专业特点和学生基本能力，创新教学实践方式。

一、课程体系的构建

综合嵌入式专业领域对人才的需求情况，在高职院校中对嵌入式专业人才的培养更多的应该定位于测试维护和产品的营销推广方向。对其中特别有发展潜力的学生，可以引导这些学员进入产品的研发设计领域。通过多种多样的培养形式和不同层次的培养要求，尽可能地为每一个学生都提供适合其今后发展的培养目标。
根据高职院校嵌入式专业的教学培养定位，我们将高职院校嵌入式专业的课程体系分为五类课程，分别是：专业基础课程，专业核心课程，专业实践课程，专业拓展课程和工程实践课程。其中，专业基础课程是整个嵌入式专业课程的基础，在专业基础课程当中重点是给学生传授嵌入式专业的各种基本原理、基本概念、基本方法。专业核心课程是整个嵌入式专业教学中最核心的部分，其所包含的课程是整个嵌入式专业中最重要、最精华的课程，学生对专业核心课程的掌握程度直接影响到今后走向工作岗位的基本能力。专业实践课程的开设主要是为了满足学生在学习过程当中遇到的大量需要动手实践的内容。因为嵌入式专业具有很强的实践性，很多内容都是需要学生经过实践之后才能够加深理解和掌握。学生在掌握了专业核心课程和专业实践课程的基础之上，再为学生开设一些相应的专业拓展课程和工程实践课程，可以拓展学生的知识面，促进知识点的升华。五类课程联系密切，组成一个有机的整体。

二、案例式教学实践

案例式教学是指通过选取合适、经典的应用案例作为教学内容，让学生在现实的应用案例中学习各种显性的知识、方法、技巧等，而且在学习过程中引导学生思考，促进学生通过具体的情境，将隐性的知识外显，或将显性的知识内化。
相对于传统的教学模式，这是一种教学效果比较良好的创新式教学模式。在案例式教学过程当中，一般是由老师在课程之前给学生先设定一个特定的设计任务，作为某一课程教学过程中最终要达到的目标。那么通过该课程的教学，其最终目的是要让学生能够动手实践来完成这一设计任务。因此在应用案例式教学的过程中，既需要对教学内容合理组织安排，也需要对教学过程合理规划。
围绕教学目标，首先在教学内容方面，老师有针对性地对学生介绍所涉及的各个相关的知识点。并且分阶段对学生讲解如何应用知识点，最后的应用效果直接在之前所布置的设计任务中能够体现。学生通过这种教学模式能够明确其学习的最终目的是什么。因此这种教学模式首先就是给学生有一个很好的目标的指导性。其次，在教学组织形式方面，教学过程当中采取分阶段循序渐进地推进。老师把这样的一个设计任务拆分成若干个任务或者子模块，学生针对这样的子模块逐步一个一个地进行分析和实现，在这种循序渐进的教学过程当中可以比较扎实地掌握相关的学习内容。第三，通过这种案例式的教学最终不仅仅给学生传授了相关的专业知识，与此同时也给学生传授了一个具体的设计任务是如何实现的。在培养学生感性认识的基础之上，同时也培养了学生对一些工程化问题的思路和想法。因此，这也是一个一举两得的教学模式。
在教学过程当中，我们以可编程逻辑器件的应用为例给学生介绍硬件描述语言这门课程。在嵌入式应用专业，硬件描述语言是一门比较重要的专业提高课程。但是直接给学生讲解和介绍硬件描述语言的话，将会比较枯燥，尤其是对于硬件描述语言当中的一些具体的应用实例，如信号的锁存，分频实验等。这样的一些知识对于学生而言首先是比较陌生，其次不知道这样的知识学了有什么用，这样的话就会极大挫伤学生的学习积极性。而如果能够将硬件描述语言和一个典型的设计应用实例结合起来，那么这将大大促进学生学习的积极性。在实践过程当中，我们给学生布置一个利用硬件描述语言设计一个DES算法的设计任务。这个任务在布置下去之后首先给学生提供相关的DES算法的基本描述流程，实际上用DES算法描述出它的实现流程的话还是相对比较容易的，但是如果要在可编程逻辑器件FPGA上面来实现，那么就必须要采用硬件描述语言来编写相应的程序。因此在选取这样的一个案例作为教学案例的时候我们将其任务划分为如表l所示的子任务。
该任务主要分为四个阶段：第一个阶段是单个子模块的设计阶段，在该阶段主要是让学生针对某一个特定的功能用硬件描述语言来进行实践。这里面需要学生掌握利用硬件描述语言实现变量的定义、变量赋值、程序的条件控制等，所有涉及硬件描述语言的语法规则都将在这一单个模块的设计过程当中得到实践。当学生能够把单个模块的功能设计进行编译并没有语法错误之后，也就意味着学生对硬件描述语言的一些简单的或者说比较基本的语法规则已经掌握和理解了。那么第二个阶段是让学生实现这样的一个特定的算能，在功能实现过程当中，学生需要考虑如何来定义一个模块以及如何进行实际的例化，模块与模块之间如何进行信号和数据的传递，信号传递的过程中什么时候需要加入锁存，什么时候又不需要加入锁存。这个部分的教学目标实际上就是让学生在掌握了硬件描述语言的基础之后，进行真正的应用功能实际设计。学生通过对多个模块组合在一起进行相互的信号和数据的传递，最终实现所布置的DES算能。那么到这一阶段之后，事实上学生对硬件描述语言的基础知识的学习已经完成。但是我们在学习可编程逻辑器件设计的时候，还会涉及相关的一些其他问题，比如说一些时间的约束、频率的控制等相关问题。在过去传统的教学过程当中这些知识都是作为一个一个的知识点来传授给学生的，学生学习起来觉得针对性不强，难以真正理解这些知识点的价值。而在我们的案例式教学过程中，当学生完成了前面两个工作之后，紧接着就会给学生介绍逻辑综合过程当中的时间约束问题：先让学生理解为什么在设计过程当中要进行时间的约束，让学生理解采用可编程逻辑器件来实现某一特定功能的时候，它内部子模块之间的信号如何来进行传递，传递了之后时间延时如何来进行控制。在我们所布置的这样一个案例式教学过程当中会给学生设定一些预期要达到的时间约束条件，学生必须通过在设计过程当中添加相应的时间约束，甚至需要学生在添加约束之后再对其所完成的代码设计进行重新调整，以保证所实现的算法能够符合其时间约束条件。这个过程对高职学生来讲是一个能力提升的过程，而事实上从可编程逻辑器件的开发和应用的角度来说，对实间约束的掌握也标志着学生真正跨过了可编程逻辑器件的设计门槛。因此结合这样的一个案例教学，将传统教学过程当中学生觉得很困难、很复杂的内容化难为易了。当学生完成了这一阶段设计之后，然后再给学生提出整个算法的性能指标，为了实现这样的一个性能指标，可以让学生对设计过程当中的工作频率进行调整，那么这将会促使学生应用到分频模块和数据缓存模块即FIFO模块。分频模块和FIFO模块在可编程逻辑器件设计过程当中也是属于能力提高的一种应用，通过案例式的教学，让学生在较短的时间，以较少的精力付出就能够掌握这种比较复杂的功能。因此案例式教学对学生的能力提升还是非常有应用价值的。
通过采用案例式的教学方法，学生学习效果有了明显的提高，主要表现在以下三个方面：第一，对知识掌握更牢固、学习效率更高。由于案例式教学给学生一个很好的学习与实践相结合的环境，学生能够在学习过程中，把各种抽象、复杂的理论知识很快具体化，因此学生对知识理解更深，掌握更牢固，同时也就提高了学习的效率。第二，学生学习和掌握抽象、复杂知识的能力更强了。在案例式教学过程中，通过将抽象、复杂的知识具体化，使得学生能够较容易地去尝试和解决一些复杂的问题，而且层次化的学习过程也有助于对复杂问题的解决。第三，案例式教学有效地促进了学生的主动思考和学习的能力。在案例式教学过程中，学生面对各种现实的案例，能够激发不断思考和学习的能力，而且学生的这种思考和学习的结果很快能在具体的案例中得到验证，因此对学生自身的能力提升非常明显。
目前，高职院校在学生培养方面面临着非常大的市场竞争压力。一方面随着高等院校的不断扩展和高等教育的逐步普及，很多本科院校也给社会上输送了大量的嵌入式专业各个层次的人才，那么这就对高职院校的学生培养形成了很大的竞争压力。另一方面高职院校学生的基础知识本身要比很多本科院校的学生基础要偏弱，如何能够确保高职院校学生毕业之后也能够在激烈的市场竞争中找到属于自己的一席之地，能够寻找到属于他们自己的发展和施展才能的空间，是高职院校近年来所面临的一大挑战。