案例式教學(xué)在高職嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的應(yīng)用

【摘要】對(duì)高職院校嵌入式專業(yè)課程體系進(jìn)行深入剖析，構(gòu)建嵌入式專業(yè)詳細(xì)的課程體系，闡述課程體系中課程之間的相互關(guān)系，提出基于案例式教學(xué)的創(chuàng)新教學(xué)模式，為提高高職院校嵌入式系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)提供新的實(shí)施渠道和方式。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)專業(yè) 專業(yè)課課程體系高職

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2012）10C-0045-03

根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)近幾年所公布的IT領(lǐng)域熱門崗位情況看，嵌入式專業(yè)的崗位一直名列前茅，社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求呈上升趨勢(shì)。但近年來(lái)，隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)上對(duì)嵌入式方向的人才能力要求也在不斷地發(fā)生改變，過(guò)去傳統(tǒng)的一些嵌入式專業(yè)所設(shè)置的課程已經(jīng)不再適合當(dāng)前嵌入式市場(chǎng)對(duì)人才的需求。

學(xué)生的就業(yè)率是直接衡量高職院校教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)。如何提高高職院校學(xué)生走向社會(huì)之后的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，也是我們?cè)趯?duì)學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程當(dāng)中的重要目標(biāo)。因此，為了適應(yīng)當(dāng)前嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會(huì)上對(duì)嵌入式人才需求的不斷變化，有必要對(duì)高職院校嵌入式專業(yè)的課程體系進(jìn)行深入的梳理和剖析，根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)嵌入式專業(yè)人才的需求，明確高職院校在嵌入式專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程當(dāng)中的定位，構(gòu)建高職院校嵌入式專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生基本能力，創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐方式。

一、課程體系的構(gòu)建

綜合嵌入式專業(yè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨笄闆r，在高職院校中對(duì)嵌入式專業(yè)人才的培養(yǎng)更多的應(yīng)該定位于測(cè)試維護(hù)和產(chǎn)品的營(yíng)銷推廣方向。對(duì)其中特別有發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)生，可以引導(dǎo)這些學(xué)員進(jìn)入產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。通過(guò)多種多樣的培養(yǎng)形式和不同層次的培養(yǎng)要求，盡可能地為每一個(gè)學(xué)生都提供適合其今后發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)。

根據(jù)高職院校嵌入式專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)定位，我們將高職院校嵌入式專業(yè)的課程體系分為五類課程，分別是：專業(yè)基礎(chǔ)課程，專業(yè)核心課程，專業(yè)實(shí)踐課程，專業(yè)拓展課程和工程實(shí)踐課程。其中，專業(yè)基礎(chǔ)課程是整個(gè)嵌入式專業(yè)課程的基礎(chǔ)，在專業(yè)基礎(chǔ)課程當(dāng)中重點(diǎn)是給學(xué)生傳授嵌入式專業(yè)的各種基本原理、基本概念、基本方法。專業(yè)核心課程是整個(gè)嵌入式專業(yè)教學(xué)中最核心的部分，其所包含的課程是整個(gè)嵌入式專業(yè)中最重要、最精華的課程，學(xué)生對(duì)專業(yè)核心課程的掌握程度直接影響到今后走向工作崗位的基本能力。專業(yè)實(shí)踐課程的開(kāi)設(shè)主要是為了滿足學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中遇到的大量需要?jiǎng)邮謱?shí)踐的內(nèi)容。因?yàn)榍度胧綄I(yè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，很多內(nèi)容都是需要學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)踐之后才能夠加深理解和掌握。學(xué)生在掌握了專業(yè)核心課程和專業(yè)實(shí)踐課程的基礎(chǔ)之上，再為學(xué)生開(kāi)設(shè)一些相應(yīng)的專業(yè)拓展課程和工程實(shí)踐課程，可以拓展學(xué)生的知識(shí)面，促進(jìn)知識(shí)點(diǎn)的升華。五類課程聯(lián)系密切，組成一個(gè)有機(jī)的整體。

二、案例式教學(xué)實(shí)踐

案例式教學(xué)是指通過(guò)選取合適、經(jīng)典的應(yīng)用案例作為教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用案例中學(xué)習(xí)各種顯性的知識(shí)、方法、技巧等，而且在學(xué)習(xí)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生通過(guò)具體的情境，將隱性的知識(shí)外顯，或?qū)@性的知識(shí)內(nèi)化。

相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，這是一種教學(xué)效果比較良好的創(chuàng)新式教學(xué)模式。在案例式教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，一般是由老師在課程之前給學(xué)生先設(shè)定一個(gè)特定的設(shè)計(jì)任務(wù)，作為某一課程教學(xué)過(guò)程中最終要達(dá)到的目標(biāo)。那么通過(guò)該課程的教學(xué)，其最終目的是要讓學(xué)生能夠動(dòng)手實(shí)踐來(lái)完成這一設(shè)計(jì)任務(wù)。因此在應(yīng)用案例式教學(xué)的過(guò)程中，既需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容合理組織安排，也需要對(duì)教學(xué)過(guò)程合理規(guī)劃。

圍繞教學(xué)目標(biāo)，首先在教學(xué)內(nèi)容方面，老師有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生介紹所涉及的各個(gè)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。并且分階段對(duì)學(xué)生講解如何應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)，最后的應(yīng)用效果直接在之前所布置的設(shè)計(jì)任務(wù)中能夠體現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)這種教學(xué)模式能夠明確其學(xué)習(xí)的最終目的是什么。因此這種教學(xué)模式首先就是給學(xué)生有一個(gè)很好的目標(biāo)的指導(dǎo)性。其次，在教學(xué)組織形式方面，教學(xué)過(guò)程當(dāng)中采取分階段循序漸進(jìn)地推進(jìn)。老師把這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)拆分成若干個(gè)任務(wù)或者子模塊，學(xué)生針對(duì)這樣的子模塊逐步一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行分析和實(shí)現(xiàn)，在這種循序漸進(jìn)的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中可以比較扎實(shí)地掌握相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。第三，通過(guò)這種案例式的教學(xué)最終不僅僅給學(xué)生傳授了相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，與此同時(shí)也給學(xué)生傳授了一個(gè)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)的。在培養(yǎng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)一些工程化問(wèn)題的思路和想法。因此，這也是一個(gè)一舉兩得的教學(xué)模式。

在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，我們以可編程邏輯器件的應(yīng)用為例給學(xué)生介紹硬件描述語(yǔ)言這門課程。在嵌入式應(yīng)用專業(yè)，硬件描述語(yǔ)言是一門比較重要的專業(yè)提高課程。但是直接給學(xué)生講解和介紹硬件描述語(yǔ)言的話，將會(huì)比較枯燥，尤其是對(duì)于硬件描述語(yǔ)言當(dāng)中的一些具體的應(yīng)用實(shí)例，如信號(hào)的鎖存，分頻實(shí)驗(yàn)等。這樣的一些知識(shí)對(duì)于學(xué)生而言首先是比較陌生，其次不知道這樣的知識(shí)學(xué)了有什么用，這樣的話就會(huì)極大挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。而如果能夠?qū)⒂布枋稣Z(yǔ)言和一個(gè)典型的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來(lái)，那么這將大大促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中，我們給學(xué)生布置一個(gè)利用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)DES算法的設(shè)計(jì)任務(wù)。這個(gè)任務(wù)在布置下去之后首先給學(xué)生提供相關(guān)的DES算法的基本描述流程，實(shí)際上用DES算法描述出它的實(shí)現(xiàn)流程的話還是相對(duì)比較容易的，但是如果要在可編程邏輯器件FPGA上面來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么就必須要采用硬件描述語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)相應(yīng)的程序。因此在選取這樣的一個(gè)案例作為教學(xué)案例的時(shí)候我們將其任務(wù)劃分為如表l所示的子任務(wù)。

該任務(wù)主要分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是單個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)階段，在該階段主要是讓學(xué)生針對(duì)某一個(gè)特定的功能用硬件描述語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行實(shí)踐。這里面需要學(xué)生掌握利用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)變量的定義、變量賦值、程序的條件控制等，所有涉及硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則都將在這一單個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中得到實(shí)踐。當(dāng)學(xué)生能夠把單個(gè)模塊的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯并沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤之后，也就意味著學(xué)生對(duì)硬件描述語(yǔ)言的一些簡(jiǎn)單的或者說(shuō)比較基本的語(yǔ)法規(guī)則已經(jīng)掌握和理解了。那么第二個(gè)階段是讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)特定的算法功能，在功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生需要考慮如何來(lái)定義一個(gè)模塊以及如何進(jìn)行實(shí)際的例化，模塊與模塊之間如何進(jìn)行信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳遞，信號(hào)傳遞的過(guò)程中什么時(shí)候需要加入鎖存，什么時(shí)候又不需要加入鎖存。這個(gè)部分的教學(xué)目標(biāo)實(shí)際上就是讓學(xué)生在掌握了硬件描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)之后，進(jìn)行真正的應(yīng)用功能實(shí)際設(shè)計(jì)。學(xué)生通過(guò)對(duì)多個(gè)模塊組合在一起進(jìn)行相互的信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳遞，最終實(shí)現(xiàn)所布置的DES算法功能。那么到這一階段之后，事實(shí)上學(xué)生對(duì)硬件描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)已經(jīng)完成。但是我們?cè)趯W(xué)習(xí)可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的時(shí)候，還會(huì)涉及相關(guān)的一些其他問(wèn)題，比如說(shuō)一些時(shí)間的約束、頻率的控制等相關(guān)問(wèn)題。在過(guò)去傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中這些知識(shí)都是作為一個(gè)一個(gè)的知識(shí)點(diǎn)來(lái)傳授給學(xué)生的，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)覺(jué)得針對(duì)性不強(qiáng)，難以真正理解這些知識(shí)點(diǎn)的價(jià)值。而在我們的案例式教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生完成了前面兩個(gè)工作之后，緊接著就會(huì)給學(xué)生介紹邏輯綜合過(guò)程當(dāng)中的時(shí)間約束問(wèn)題：先讓學(xué)生理解為什么在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中要進(jìn)行時(shí)間的約束，讓學(xué)生理解采用可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)某一特定功能的時(shí)候，它內(nèi)部子模塊之間的信號(hào)如何來(lái)進(jìn)行傳遞，傳遞了之后時(shí)間延時(shí)如何來(lái)進(jìn)行控制。在我們所布置的這樣一個(gè)案例式教學(xué)過(guò)程當(dāng)中會(huì)給學(xué)生設(shè)定一些預(yù)期要達(dá)到的時(shí)間約束條件，學(xué)生必須通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中添加相應(yīng)的時(shí)間約束，甚至需要學(xué)生在添加約束之后再對(duì)其所完成的代碼設(shè)計(jì)進(jìn)行重新調(diào)整，以保證所實(shí)現(xiàn)的算法能夠符合其時(shí)間約束條件。這個(gè)過(guò)程對(duì)高職學(xué)生來(lái)講是一個(gè)能力提升的過(guò)程，而事實(shí)上從可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)實(shí)間約束的掌握也標(biāo)志著學(xué)生真正跨過(guò)了可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)門檻。因此結(jié)合這樣的一個(gè)案例教學(xué)，將傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程當(dāng)中學(xué)生覺(jué)得很困難、很復(fù)雜的內(nèi)容化難為易了。當(dāng)學(xué)生完成了這一階段設(shè)計(jì)之后，然后再給學(xué)生提出整個(gè)算法的性能指標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)性能指標(biāo)，可以讓學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的工作頻率進(jìn)行調(diào)整，那么這將會(huì)促使學(xué)生應(yīng)用到分頻模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊即FIFO模塊。分頻模塊和FIFO模塊在可編程邏輯器件設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中也是屬于能力提高的一種應(yīng)用，通過(guò)案例式的教學(xué)，讓學(xué)生在較短的時(shí)間，以較少的精力付出就能夠掌握這種比較復(fù)雜的功能。因此案例式教學(xué)對(duì)學(xué)生的能力提升還是非常有應(yīng)用價(jià)值的。

通過(guò)采用案例式的教學(xué)方法，學(xué)生學(xué)習(xí)效果有了明顯的提高，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，對(duì)知識(shí)掌握更牢固、學(xué)習(xí)效率更高。由于案例式教學(xué)給學(xué)生一個(gè)很好的學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合的環(huán)境，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中，把各種抽象、復(fù)雜的理論知識(shí)很快具體化，因此學(xué)生對(duì)知識(shí)理解更深，掌握更牢固，同時(shí)也就提高了學(xué)習(xí)的效率。第二，學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握抽象、復(fù)雜知識(shí)的能力更強(qiáng)了。在案例式教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)將抽象、復(fù)雜的知識(shí)具體化，使得學(xué)生能夠較容易地去嘗試和解決一些復(fù)雜的問(wèn)題，而且層次化的學(xué)習(xí)過(guò)程也有助于對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決。第三，案例式教學(xué)有效地促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)的能力。在案例式教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生面對(duì)各種現(xiàn)實(shí)的案例，能夠激發(fā)不斷思考和學(xué)習(xí)的能力，而且學(xué)生的這種思考和學(xué)習(xí)的結(jié)果很快能在具體的案例中得到驗(yàn)證，因此對(duì)學(xué)生自身的能力提升非常明顯。

目前，高職院校在學(xué)生培養(yǎng)方面面臨著非常大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力。一方面隨著高等院校的不斷擴(kuò)展和高等教育的逐步普及，很多本科院校也給社會(huì)上輸送了大量的嵌入式專業(yè)各個(gè)層次的人才，那么這就對(duì)高職院校的學(xué)生培養(yǎng)形成了很大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。另一方面高職院校學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)本身要比很多本科院校的學(xué)生基礎(chǔ)要偏弱，如何能夠確保高職院校學(xué)生畢業(yè)之后也能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中找到屬于自己的一席之地，能夠?qū)ふ业綄儆谒麄冏约旱陌l(fā)展和施展才能的空間，是高職院校近年來(lái)所面臨的一大挑戰(zhàn)。