微機(jī)原理與接口技術(shù)課程思政探究與實(shí)踐

余恒　史蓓蕾　余雷

關(guān)鍵詞：課程思政；思政元素；課堂教學(xué)；思政教學(xué)；教學(xué)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）02-0156-03

1 引言

微機(jī)原理與接口技術(shù)作為一門計(jì)算機(jī)硬件類課程，是高校通信工程、電子信息、電氣與自動(dòng)化等工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。課程的基本目標(biāo)是使學(xué)員掌握計(jì)算機(jī)基本組成結(jié)構(gòu)及工作原理，著力培養(yǎng)學(xué)員對(duì)計(jì)算機(jī)硬件及其編程語言分析與設(shè)計(jì)能力[1]，進(jìn)而能夠應(yīng)用到各專業(yè)領(lǐng)域具體的創(chuàng)新實(shí)踐中。

在內(nèi)容上，隨著微型計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展、新技術(shù)新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，形成了目前比較成熟的兩大內(nèi)容體系：以8086 /8088微處理器為主線的體系，以單片機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)為核心的體系?？紤]到嵌入式計(jì)算機(jī)在當(dāng)前各工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的突出地位，海軍工程大學(xué)采用第二類內(nèi)容體系開展課程教學(xué)，選用國家級(jí)規(guī)劃教材《微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式設(shè)計(jì)》，內(nèi)容主要包括：計(jì)算機(jī)發(fā)展概述、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成原理及結(jié)構(gòu)，微處理器、總線、存儲(chǔ)器、輸入＼輸出接口，ARM等章節(jié)，整體上采用“總-分-應(yīng)用”的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

從以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，由于微機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容繁雜且概念抽象，在具體的教學(xué)實(shí)施過程中，大多數(shù)高校教師的教學(xué)重心主要放在知識(shí)傳授及工程應(yīng)用能力培養(yǎng)上，卻忽視了對(duì)于學(xué)員價(jià)值方面的塑造，而價(jià)值層面的引導(dǎo)恰恰是激發(fā)學(xué)員奮發(fā)向上、保持活力的內(nèi)在精神動(dòng)力。因此，在教學(xué)活動(dòng)中，除了要注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，更要培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感[2]。

2 思政教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 思政元素挖掘

課堂教學(xué)是高校思政教育工作陣地建設(shè)的“主渠道”[3]，而要想充分發(fā)揮好這個(gè)主渠道作用，關(guān)鍵在于課堂教學(xué)中要有機(jī)地融入家國情懷、科學(xué)倫理、人文精神、工匠精神等思政元素，從而潤物無聲地引導(dǎo)學(xué)員將個(gè)人的成長與祖國、與軍隊(duì)的發(fā)展緊密相連。

對(duì)于思政元素的深入挖掘，可以根據(jù)課程自身內(nèi)容體系與授課學(xué)員的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，然后結(jié)合計(jì)算機(jī)歷年的發(fā)展階段、行業(yè)最新動(dòng)態(tài)、新科學(xué)技術(shù)研發(fā)、社會(huì)焦點(diǎn)問題以及人生哲理等方面進(jìn)行考量，并在潛移默化中引入這些思政元素，做到專業(yè)知識(shí)中蘊(yùn)含思政教育，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員從知識(shí)、能力、情感方面多層次培養(yǎng)。下面列出作者及所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來的一些關(guān)于微機(jī)原理與接口技術(shù)的思政元素及對(duì)應(yīng)教學(xué)思路，如表1所示。

2.2 思政教學(xué)案例

在課堂教學(xué)中，想要引下面以兩個(gè)實(shí)際課堂思政案例為例，介紹整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程中。

2.2.1 案例一之指令流水線

（1）課堂導(dǎo)入。為了讓學(xué)員將課前分散的注意力即刻轉(zhuǎn)移到課堂上，以一個(gè)與他們息息相關(guān)的日常生活中“洗衣服”的問題導(dǎo)入課堂：假設(shè)生活中有四批衣服要洗，每一批衣服都需要執(zhí)行清洗、烘干、晾曬三個(gè)過程，而每個(gè)過程所需時(shí)間均為30分鐘，若一批一批地洗完，共需要花費(fèi)360分鐘，隨著衣服批次的增加，所花費(fèi)的時(shí)間也會(huì)成倍數(shù)增加，那有沒有更高效省時(shí)的辦法呢？引導(dǎo)學(xué)員帶著問題進(jìn)入本節(jié)課內(nèi)容學(xué)習(xí)。

（2）內(nèi)容講授。對(duì)于指令流水相關(guān)內(nèi)容的講授摒棄傳統(tǒng)對(duì)概念的平鋪直敘思維，采用問題驅(qū)動(dòng)式、對(duì)比式的教學(xué)方法。首先結(jié)合已學(xué)知識(shí)拋出問題“假設(shè)取指令、分析指令、執(zhí)行指令的時(shí)間均為Δt，串行執(zhí)行N條指令花費(fèi)的時(shí)間？”，待學(xué)員回答出正確結(jié)果3NΔt 后繼續(xù)提問“在指令三步驟執(zhí)行過程中CPU、存儲(chǔ)器的工作狀態(tài)？”，引導(dǎo)學(xué)員分析并發(fā)現(xiàn)：取指令時(shí)“存儲(chǔ)器忙、CPU中的運(yùn)算器閑”，而分析指令、執(zhí)行指令時(shí)“存儲(chǔ)器閑而CPU忙”，由此與學(xué)員共同探討“如何將計(jì)算機(jī)中CPU和存儲(chǔ)器資源最大化地利用起來，提高執(zhí)行效率？”，此時(shí)結(jié)合PPT動(dòng)態(tài)展示，畫出指令執(zhí)行圖，如下圖1所示，將指令2取指令階段與分析指令1 垂直并列、指令分析2與執(zhí)行指令1垂直并列……以此類推，引導(dǎo)學(xué)員計(jì)算出總花費(fèi)時(shí)間為3 Δt+（N-1）Δt，并與串行執(zhí)行時(shí)間3NΔt進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)調(diào)此時(shí)執(zhí)行效率約為串行執(zhí)行3倍，進(jìn)而引出指令流水線的概念。

（3）思政引入。在學(xué)員對(duì)指令流水線概念有了基本認(rèn)識(shí)之后，即刻跳回到課堂導(dǎo)入的問題，留適量時(shí)間讓學(xué)員進(jìn)行自主思考，然后參照?qǐng)D1以互動(dòng)的形式回答出解決方法：第二批衣服清洗與第一批衣服烘干同時(shí)進(jìn)行、第二批衣服烘干與第一批晾曬同時(shí)進(jìn)行……按照流水線的方式類推。由此引申到學(xué)習(xí)工作實(shí)際，引入思政元素“并行處理的高效能力”，告誡學(xué)員在同時(shí)處理多件事情時(shí)，可以對(duì)每件事情的執(zhí)行階段進(jìn)行劃分，盡可能地在每個(gè)階段同時(shí)處理多件事，按照指令流水線的方式處理，進(jìn)而提高自身并行處理的高效能力。

2.2.2 案例二之ARM

（1）課堂導(dǎo)入。以近年來備受關(guān)注的科技熱點(diǎn)“美國斷供華為芯片事件”為導(dǎo)入引發(fā)學(xué)員討論：美國出臺(tái)一系列政策切斷華為的全球芯片供應(yīng)鏈，妄圖通過"斷供"方式遏制我國核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)？引導(dǎo)學(xué)員帶著問題進(jìn)入本節(jié)課內(nèi)容學(xué)習(xí)。

（2）內(nèi)容講授。以視頻播放結(jié)合實(shí)物展示的方式開展相關(guān)內(nèi)容講授：首先播放一段“1分鐘了解ARM”的視頻調(diào)動(dòng)學(xué)員積極性，同時(shí)能夠讓學(xué)員快速了解ARM：ARM是一家從事芯片IP設(shè)計(jì)的公司，它只將技術(shù)授權(quán)給其他芯片廠商從而生產(chǎn)出形成各具特色ARM芯片，而ARM和其他芯片廠商（Intel、三星等）就好比“菜譜研發(fā)者和廚師”的關(guān)系相輔相成，為了讓學(xué)員有更加直觀、感性的認(rèn)識(shí)，展示一塊課前準(zhǔn)備好的ARM芯片供學(xué)員觀察。進(jìn)一步介紹ARM芯片應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)，通過一組數(shù)據(jù)描述其在工業(yè)控制、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)全球超過95%的智能手機(jī)和平板電腦采用的都是ARM芯片。

（3）思政引入。在學(xué)員對(duì)ARM有了一定認(rèn)識(shí)并且逐步意識(shí)到其重要價(jià)值時(shí)，采用設(shè)問的方式：首先提出“1顆芯片都不生產(chǎn)的ARM憑什么成為芯片界的隱形霸主？”“ARM的成功之路又給了我們什么啟示？”的雙重疑問，然后結(jié)合前面所學(xué)給出“ARM的成功靠的就是它的芯片IP技術(shù)”的答案，并強(qiáng)調(diào)研發(fā)出該核心技術(shù)靠的是它的自主創(chuàng)新能力，引入思政元素“關(guān)鍵核心技術(shù)的命脈是創(chuàng)新”，告誡學(xué)員在面對(duì)以美國為首的西方國家對(duì)我國核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)的打壓時(shí)，我們能做的只有不斷提高自身的自主創(chuàng)新能力，逆境中砥礪前行，此時(shí)引用習(xí)近平總書記在2016年全國兩會(huì)期間參加上海代表團(tuán)審議時(shí)的講話激勵(lì)學(xué)員“要抓住時(shí)機(jī)，瞄準(zhǔn)世界科技前沿，全面提升自主創(chuàng)新能力，力爭在基礎(chǔ)科技領(lǐng)域作出大的創(chuàng)新、在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域取得大的突破?！盵4]

2.3 思政教學(xué)評(píng)價(jià)模型

傳統(tǒng)課堂一般結(jié)合專家評(píng)教、教員自評(píng)以及學(xué)員評(píng)教三個(gè)方面對(duì)教學(xué)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[5]，重點(diǎn)關(guān)注的是學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握及能力培養(yǎng)情況。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有所區(qū)別的是，思政課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)員價(jià)值方面的引導(dǎo)作用，在評(píng)價(jià)時(shí)需要額外關(guān)注學(xué)員情感養(yǎng)成、價(jià)值塑造方面是否達(dá)到要求。因此，在對(duì)思政教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合思政目標(biāo)，構(gòu)建出更加有針對(duì)性的教學(xué)評(píng)價(jià)模型，如圖2所示。

3 結(jié)語

課程思政不是簡單的“課程+思政”，而是一項(xiàng)長期發(fā)展的系統(tǒng)性工程[6]，它強(qiáng)調(diào)的是思政元素能夠如鹽化水、潤物無聲地融入專業(yè)課程中。在對(duì)軍隊(duì)院校微機(jī)原理與接口技術(shù)課程進(jìn)行思政教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循課程發(fā)展規(guī)律，從課程設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充完善，深入分析思政教育與專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合的可行途徑，構(gòu)建符合國家、軍隊(duì)發(fā)展及崗位需求的育人體系，將“立德樹人”的教育方針貫穿于教育教學(xué)全過程。