計(jì)算機(jī)組成課程思政教學(xué)實(shí)踐與探討

吳 強(qiáng)，彭蔓蔓

（湖南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410082）

0 引言

新時(shí)代對高等院校人才培養(yǎng)提出了更高的要求。如何在新時(shí)代背景下培養(yǎng)國家和社會(huì)所需要的德才兼?zhèn)淙瞬懦蔀楫?dāng)今教學(xué)改革中的熱點(diǎn)話題。傳統(tǒng)上專業(yè)課程主要完成專業(yè)知識講授，兼顧職業(yè)道德教育的方式不能充分地滿足新時(shí)代對大學(xué)生樹立正確世界觀、價(jià)值觀、人生觀，掌握正確思維方法的要求。發(fā)展課程思想政治教育，改進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)方法，在專業(yè)知識傳授的同時(shí)融入思想政治課程中所學(xué)的基本原理和方法，成為專業(yè)課程教學(xué)改革的重要研究內(nèi)容之一[1-2]。

計(jì)算機(jī)組成課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，是構(gòu)建計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識框架的基礎(chǔ)支撐課程，在計(jì)算機(jī)類課程體系中處于承上啟下、合縱連橫的關(guān)鍵位置。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生有必要系統(tǒng)和深入地學(xué)習(xí)，以便為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程奠定良好的基礎(chǔ)。如何改進(jìn)計(jì)算機(jī)組成課程的教學(xué)方法，提高計(jì)算機(jī)組成課程的教學(xué)效果，一直是計(jì)算機(jī)組成教學(xué)改革中的重要關(guān)注點(diǎn)[3-5]。

計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生處于學(xué)習(xí)的最佳階段，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，創(chuàng)新能力佳，能夠在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中迅速掌握相關(guān)專業(yè)知識和技能，成為未來我國計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件核心技術(shù)升級的骨干力量。如何對蓬勃向上的青年學(xué)子積極引導(dǎo)，弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀和正能量，是高等教育尤其是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)政治可靠、素質(zhì)優(yōu)秀的專業(yè)人才，需要重點(diǎn)探討和研究的課題。計(jì)算機(jī)組成課程的具體教學(xué)過程中，應(yīng)該以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為靈魂和主線，以專業(yè)技能知識為載體，深入挖掘課程蘊(yùn)含的思想政治教育資源，將思想政治教育融入本課程教學(xué)過程。

1 計(jì)算機(jī)組成課程思政目標(biāo)

開展課程思政教育的總目標(biāo)是引導(dǎo)大學(xué)生樹立正確的世界觀、價(jià)值觀、人生觀，培養(yǎng)他們運(yùn)用正確思維方法分析和解決問題的能力。具體到專業(yè)課程，課程思政的目標(biāo)應(yīng)該與專業(yè)課程內(nèi)容結(jié)合起來，確定更為細(xì)致、具體的目標(biāo)。對于計(jì)算機(jī)組成課程而言，可以細(xì)化為引導(dǎo)學(xué)生思考認(rèn)識計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)論、設(shè)計(jì)方法學(xué)、發(fā)展規(guī)律、價(jià)值評判等問題，鍛煉學(xué)生運(yùn)用從思想政治課程中學(xué)到的唯物主義辯證法分析和解決問題的能力，構(gòu)建符合社會(huì)主義核心價(jià)值觀的關(guān)于計(jì)算機(jī)組成課程專業(yè)知識的世界觀、價(jià)值觀和人生觀。

1.1 計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)論

計(jì)算機(jī)組成課程的一個(gè)主要目標(biāo)就是要讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理，包括計(jì)算機(jī)硬件的基本架構(gòu)、組成部件及其運(yùn)作機(jī)制，以及計(jì)算機(jī)硬件與軟件的相互關(guān)系。這要求學(xué)生從系統(tǒng)的角度理解計(jì)算機(jī)的組成，從整體上把握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部分的功能，分析各個(gè)部分的關(guān)系和作用，形成關(guān)于計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)論。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以運(yùn)用思想政治課程中學(xué)習(xí)到的唯物主義辯證法，指導(dǎo)自己對計(jì)算機(jī)組成各個(gè)概念及其聯(lián)系的理解和把握，從而培養(yǎng)全面、系統(tǒng)和辯證地分析和解決問題的能力。

1.2 計(jì)算機(jī)組成的設(shè)計(jì)方法學(xué)

計(jì)算機(jī)組成課程另一個(gè)主要目標(biāo)是讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件，尤其是CPU的設(shè)計(jì)方法，包括指令集架構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)算器的設(shè)計(jì)、控制器的設(shè)計(jì)、指令流水線的設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)、外圍設(shè)備接口的設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)如何在硬件資源、功能等條件的約束下，選擇合適的設(shè)計(jì)方案，盡量優(yōu)化性能、成本等設(shè)計(jì)目標(biāo)。這又是一個(gè)鍛煉學(xué)生運(yùn)用唯物主義辯證法基本原理和方法的能力的大好機(jī)會(huì)。

1.3 計(jì)算機(jī)組成的發(fā)展規(guī)律

作為工程技術(shù)之一，計(jì)算機(jī)組成技術(shù)遵循工程技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律，同時(shí)也有其本身鮮明的特點(diǎn)。在摩爾定律的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)呈指數(shù)式爆發(fā)增長，發(fā)展速度令人眩目。引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用從思想政治課程中學(xué)到的唯物主義辯證法，分析計(jì)算機(jī)組成技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，掌握計(jì)算機(jī)組成技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)，一方面有利于幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)組成課程專業(yè)知識，另一方面也有利于幫助學(xué)生更深入地理解和掌握思想政治課程中學(xué)到的基本原理和方法，正確地認(rèn)識和把握計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.4 計(jì)算機(jī)組成的價(jià)值評判

計(jì)算機(jī)已經(jīng)深刻改變了人類的生產(chǎn)和生活方式，并在可見的未來仍然會(huì)繼續(xù)促進(jìn)人類社會(huì)的發(fā)展和變革。在這個(gè)過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)起到的主要作用是正面和積極的，但存在和潛在的負(fù)面影響，如惡意軟件和病毒、年輕人沉迷于電腦游戲和互聯(lián)網(wǎng)虛擬世界等，也引起了人們的擔(dān)憂。2018年微處理器芯片的龍頭廠商Intel公司的CPU接連被曝光硬件設(shè)計(jì)漏洞，引發(fā)了人們對信息安全的廣泛關(guān)注和討論。引導(dǎo)學(xué)生思考計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用中的價(jià)值評判和工程倫理道德問題，有利于培養(yǎng)他們對于計(jì)算機(jī)技術(shù)服務(wù)大眾、服務(wù)社會(huì)、服務(wù)全人類的正確價(jià)值觀。

2 計(jì)算機(jī)組成課程思政方法

根據(jù)計(jì)算機(jī)組成課程思想政治教育的目標(biāo)，結(jié)合計(jì)算機(jī)組成課程的專業(yè)知識內(nèi)容和教學(xué)方式，需要采取合適的方法將思想政治教育內(nèi)容融入專業(yè)知識的傳授中。按照馬克思主義認(rèn)識論，要達(dá)到計(jì)算機(jī)組成課程思想政治教育的目標(biāo)，一方面要有科學(xué)理論的指導(dǎo)，也就是辯證唯物主義；另一方面要堅(jiān)持實(shí)踐出真知，避免僵化教條的說教。計(jì)算機(jī)組成課程專業(yè)知識涉及面廣，內(nèi)容豐富，同時(shí)發(fā)展日新月異，不斷有新的技術(shù)實(shí)踐產(chǎn)生，為引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論思考和探討提供了大量的素材和資料，因此借助豐富的素材和資料，運(yùn)用科學(xué)的思維方法對這些材料進(jìn)行加工，從感性到理性，從部分到整體，從具體到抽象，從特殊到一般，可以作為計(jì)算機(jī)組成課程思政的基本方法。

2.1 計(jì)算機(jī)組成課程的教學(xué)安排

計(jì)算機(jī)組成課程安排在大二下學(xué)期，對所有計(jì)算機(jī)類及相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)。教學(xué)總課時(shí)96，其中課堂教學(xué)48課時(shí)，小班討論每班16課時(shí)，課程實(shí)驗(yàn)每班32課時(shí)。

小班討論是本課程特色之一[6]，從以往教學(xué)實(shí)踐來看，小班討論是一個(gè)很好促進(jìn)教師和學(xué)生以及學(xué)生之間交流的切入點(diǎn)。通常小班討論的題目選自課程內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，如摩爾定律、RISC設(shè)計(jì)思想、指令流水線設(shè)計(jì)中的問題、亂序執(zhí)行—按序完成的原理與機(jī)制、高速緩存設(shè)計(jì)中的選擇與權(quán)衡、CPU漏洞與信息安全、中興華為事件與芯片自主可控等。顯然，小班討論也是計(jì)算機(jī)組成課程思政一個(gè)很好的切入點(diǎn)，可以在小班討論中設(shè)置一些相關(guān)的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論。

2.2 計(jì)算機(jī)組成課程的思政結(jié)合點(diǎn)

計(jì)算機(jī)組成課程的專業(yè)知識內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、指令集架構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法、CPU設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)層次、外存儲(chǔ)器和輸入/輸出（I/O）接口等。教師可以選擇其中比較合適融入課程思政的結(jié)合點(diǎn)，確定相關(guān)的課程思政目標(biāo)、原理及教學(xué)方法。表1計(jì)算機(jī)組成課程思政的結(jié)合點(diǎn)。

總的來看，由于計(jì)算機(jī)組成的專業(yè)知識內(nèi)容豐富、涉及面廣，為課程思政提供了不少結(jié)合點(diǎn)，教師可以根據(jù)教學(xué)進(jìn)度選擇若干結(jié)合點(diǎn)開展課程思政工作。當(dāng)然，表1列出的結(jié)合點(diǎn)不可能完全覆蓋計(jì)算機(jī)組成課程中可能融入思想政治教育的切入點(diǎn)，進(jìn)一步研究和完善計(jì)算機(jī)組成課程思政與專業(yè)知識的結(jié)合點(diǎn)是應(yīng)該長期堅(jiān)持的工作。

表1 計(jì)算機(jī)組成課程思政結(jié)合點(diǎn)

2.3 計(jì)算機(jī)組成課程的思政實(shí)踐

在計(jì)算機(jī)組成課程思政的實(shí)踐上，可以根據(jù)課程思政的結(jié)合點(diǎn)，在課堂講授、課程實(shí)驗(yàn)、小班討論等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中開展課程思政教育。

首先，有些課程思政結(jié)合點(diǎn)，如摩爾定律、馮?諾伊曼體系結(jié)構(gòu)、芯片制造過程、RISC設(shè)計(jì)思想等，一方面本身是計(jì)算機(jī)組成課程的重點(diǎn)或難點(diǎn)內(nèi)容，屬于必學(xué)部分；另一方面，這些結(jié)合點(diǎn)的講授通常會(huì)涉及計(jì)算機(jī)組成的原則思想和發(fā)展歷程，可以提煉抽象到方法學(xué)、價(jià)值觀等層次，便于在課堂講授時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，對于其中的難點(diǎn)內(nèi)容，還可以在小班討論中進(jìn)一步探討。

其次，時(shí)事熱點(diǎn)也是常常選做課程思政結(jié)合點(diǎn)的內(nèi)容，并通常以小班討論題目的形式加入課程教學(xué)中。例如，2018年以來，隨著中美貿(mào)易摩擦加劇，中興華為事件的爆發(fā)使得學(xué)生更多關(guān)注相關(guān)產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)以及我國的應(yīng)對策略和措施，對于計(jì)算機(jī)組成課程思政而言是一個(gè)很好的時(shí)機(jī)。筆者在2018—2019學(xué)年春季學(xué)期的計(jì)算機(jī)組成課程中增加了有關(guān)中興華為事件的小班討論。

最后，課程實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)組成課程教學(xué)不可或缺的環(huán)節(jié)，也是課程思政的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在課程實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過實(shí)際的軟硬件設(shè)計(jì)能更好地理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，對計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)論、設(shè)計(jì)方法學(xué)有直觀的了解，因此筆者在課程實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了軟硬件結(jié)合、利用開源工具構(gòu)建完整設(shè)計(jì)—測試流程等方面的內(nèi)容[7-8]。

計(jì)算機(jī)組成課程思政的效果可以通過學(xué)生的小班討論報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂反應(yīng)和平時(shí)交流進(jìn)行評估。從學(xué)生小班討論報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來看，學(xué)生在摩爾定律、流水線設(shè)計(jì)中的問題、CPU漏洞與信息安全、中興華為事件與芯片自主可控等方面表現(xiàn)積極，效果較好。一方面是由于這些內(nèi)容或者是教學(xué)重點(diǎn)，講解比較詳細(xì)，或者是時(shí)事熱點(diǎn)，學(xué)生本身比較關(guān)注，因此學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容比較熟悉，可以深入討論；另一方面這些內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)組成基本設(shè)計(jì)思想、發(fā)展歷程和熱點(diǎn)事件，有利于學(xué)生運(yùn)用思想政治課程中學(xué)到的基本原理和方法分析和討論其中問題。

其他的討論和實(shí)驗(yàn)題目，包括RISC設(shè)計(jì)思想、浮點(diǎn)數(shù)表示和誤差積累問題、亂序執(zhí)行—按序完成的原理與機(jī)制、高速緩存設(shè)計(jì)中的選擇與權(quán)衡等，效果相對于前面幾個(gè)討論題目要遜色一些。原因可能一方面是這些內(nèi)容偏具體化，屬于計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)中比較細(xì)節(jié)的內(nèi)容，進(jìn)行提煉抽象比較難；另一方面是這些內(nèi)容是教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，難以深入理解其內(nèi)容，也就難以進(jìn)行有效的思考和討論。從課堂反應(yīng)和平時(shí)交流來看，也印證了小班討論的情況，學(xué)生對自己能理解和關(guān)注的話題反應(yīng)熱烈一些，對尚未深入了解的話題反應(yīng)就平淡得多。

總的來說，課程思政起到了正面積極的效果，初步實(shí)現(xiàn)了課程思政目標(biāo)。從中興華為事件學(xué)生熱烈的討論和積極向上的情緒可以直接感受到他們的愛國心、正義感和振興中華、造福人類的理想與情懷。

3 計(jì)算機(jī)組成課程思政探討

在計(jì)算機(jī)組成課程思政實(shí)踐過程中，有不少問題和可改進(jìn)之處，概括來說主要包括：①課程思政的理論指導(dǎo)；②課程思政的教師培訓(xùn)和交流機(jī)制；③課程思政的評估和完善機(jī)制。

3.1 計(jì)算機(jī)組成課程思政的理論指導(dǎo)

要做好課程思政，必須深入探索課程專業(yè)知識中與思想政治教育的結(jié)合點(diǎn)。這方面可以借鑒計(jì)算機(jī)科學(xué)哲學(xué)或技術(shù)哲學(xué)方面的研究成果，但對于計(jì)算機(jī)組成課程而言，計(jì)算機(jī)科學(xué)哲學(xué)或技術(shù)哲學(xué)的研究成果往往偏向軟件、算法、邏輯等方面，極少涉及計(jì)算機(jī)硬件組成結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)論、設(shè)計(jì)方法學(xué)、發(fā)展規(guī)律、價(jià)值評判等方面，需要相關(guān)研究人員或教師深入研究，豐富相關(guān)研究成果，從而為計(jì)算機(jī)組成課程思政提供強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)。

3.2 計(jì)算機(jī)組成課程思政的教師培訓(xùn)和交流機(jī)制

課程教師是課程專業(yè)知識和課程思政教育的執(zhí)行人。教師本身如果都沒有形成正確的認(rèn)識，那么無疑是難以勝任課程思政任務(wù)的。加強(qiáng)教師培訓(xùn)和交流，建立長效機(jī)制，使計(jì)算機(jī)組成課程教師能有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)到新的課程思政理論研究成果，運(yùn)用到課程思政實(shí)踐中，并通過與其他教師交流，包括思政課程教師以及課程思政研究人員，不斷提高自己的課程思政能力，有利于達(dá)到期望的課程思政效果。

3.3 計(jì)算機(jī)組成課程思政的評估和完善機(jī)制

課程思政的效果評估目前缺乏量化指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)組成課程思政的實(shí)踐中采用小班報(bào)告、課堂反應(yīng)和平時(shí)交流的方式評估課程思政效果，偏于主觀化。小班討論報(bào)告直接針對討論題目，可以直接地看到所有學(xué)生對于所討論問題的看法，不過由于是書面報(bào)告，學(xué)生之間可能相互參考，自覺不自覺地向某個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)答案”靠近，不一定能客觀反映學(xué)生自己的觀點(diǎn)。相反，課堂反應(yīng)和平時(shí)交流可以觀察到學(xué)生的態(tài)度，從而直觀地感受學(xué)生的內(nèi)心想法，不過課堂反應(yīng)和平時(shí)交流的情況轉(zhuǎn)瞬即逝，難以搜集整理，也容易受教師主觀判斷的影響。如何建立課程思政效果的量化評估指標(biāo)，并運(yùn)用相應(yīng)的計(jì)算分析手段反饋和提高課程思政效果是值得研究的。

4 結(jié)語

在計(jì)算機(jī)組成課程中進(jìn)行課程思政的實(shí)踐，從學(xué)生的討論報(bào)告、課堂反應(yīng)和平時(shí)交流來看，取得了明顯效果，初步達(dá)到了課程思政的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)組成課程思政的理論指導(dǎo)、教師培訓(xùn)和交流、課程思政效果評估和完善機(jī)制等問題也得到了探討和解決。接下來，筆者擬先對課程思政效果評估方法和指標(biāo)問題開展研究，逐步改善計(jì)算機(jī)組成課程思政工作和提高效果。