《嵌入式电子系统设计》课程思政教学案例设计

于红旗，陈绍荣，张孝青，陈长林，宋兵

（1.国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙；2.湖南工业职业技术学院，湖南 长沙）

一 引言

课程思政主要形式是将思想政治教育元素，包括思想政治教育的理论知识、价值理念以及精神追求等融入到各门课程中去，潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响[1]。专业课课程思政是近年来的一个研究热点，初期存在的引导机制不够完善、与思政课教师协作不够、课程思政的标准尚未建立、对课程思政的重视度不够、缺少课程思政的资源积累、对课程思政教学研究不够等问题[2]也得到逐步的改善。大家普遍认为，理工科专业课的课程思政主要通过在知识内容中融入科学方法论、创新探索精神和在服务国家战略中成就个人事业等思政内容来实现[3]。在专业课课程思政的教学方法上，特别是对于实践性较强的课程，案例驱动式教学法和实践教学法较为有效[4]。而在理工科专业课课程思政效果评估方面，有学者提出的两种方式：课程思政学习过程性评价和课程思政学习成果内涵评价[5]，前者主要考核专业课程的科学素养和思维素养，后者主要考核思想政治素养。课程组结合近年来在课程思政研究课题中的积累[6]，对“嵌入式电子系统设计”的课程思政教学案例进行设计，期待同仁们的批评指正，共同达到传道授业解惑、育人育才的有机统一。

二 《嵌入式电子系统设计》课程简介

本课程面向电子类研究生，讲授现代电子系统设计方法，培养学员的创新思维和创新实践能力，通过课程使学生了解并掌握电子系统的基本构成、电子设计单元电路、系统设计方法等内容，提高学生利用自己所掌握的知识解决实际工程问题的能力，提高学生的综合素质，培养创新精神。以信号在电子系统中的采集、传输、存储、处理为主线，结合人机交互界面设计技术和电源、时钟设计技术，系统讲授电子系统组成单元及互联、系统设计方法等。课程特色：（1）教学内容改革，主要通过结构式设计、多学科合作、个体化示范、社会性联想来突出培育求真务实、实践创新、精益求精的工匠精神，培养学生踏实严谨、耐心专注、吃苦耐劳、追求卓越等优秀品质。（2）教学方法改革，突出学生的主体地位、教师的主导作用，加大学生实践能力、研究能力、创新能力、道德情操等关键目标培养。（3）教学模式改革，提高授课老师自身的教学技能和思政知识，优化教学方式，由僵硬范式转为引导探究，由单向传递转为双向交流。在引导学生积极主动接受思想政治教育的同时，边实践边思考，和学员共同扩展阅读范围、树立正确的价值观和方法论。

三 课程思政案例设计

（一）教学目标

1.价值目标

能简述目前我国FPGA发展水平；能简述我国芯片发展面临的国内外环境。

2.知识目标

能简述Zynq 系列FPGA的组成和开发流程；能简述FPGA开发中的原语及其应用。

3.能力目标

能够熟练运用FPGA开发中的原语；能使用Vivado开发环境进行FPGA项目开发。

（二）教学内容分析

1.课堂设计思路

运用BOPPPS授课手段，在导入阶段，介绍瓦森纳协议和我国的核高基计划，引领同学了解国内外发展环境和国内大政方针。接下来介绍本次实验课主要内容：Zynq FPGA及Vivado开发流程。针对Zynq这一对学生比较生疏的FPGA，讲述其发展历史、内部结构、开发流程，特别是介绍FPGA开发中原语的概念，结合Vivado集成开发环境，演示具体开发实践。最后总结，验证本次课教学效果。

2.教学重点

电子领域，我国所处的国际形势以及国内的大政方针；Zynq FPGA开发流程；FPGA原语的概念及应用；Vivado开发流程。

3.教学难点

FPGA原语的概念及应用；Zynq FPGA开发流程。

4.对重点、难点的处理

（1）FPGA原语的概念，结合FPGA内部结构来展开阐述，指出FPGA原语能够最为高效地调用FPGA内部资源，完成所需功能，结合实例演示其作用。

（2）Zynq FPGA内部可以完成所需要的软硬件集成，追求了最大的包容性，将电子系统设计中的软件开发流程和硬件开发流程集成到一起，过渡到Zynq FPGA的开发中。

（三）课堂组织与实施

1.教学过程

采用BOPPPS手段，整个课程分为导入、目标介绍、前测、参与式学习、后测、总结几个阶段。在导入阶段，引入了瓦森纳协议、核高基计划，使学生了解国内外局势，我国的发展策略，引领学员树立起自力更生、自主创新、自强不息，自觉将个人发展与祖国发展紧密结合，投入到报效国家的滚滚洪流中。

接下来介绍如何学习本节内容，提醒大家特别要注意两点：一是理论学习，扎实学习课本知识，善于探索课外知识。二是要注重实践应用，将理论所学应用于实践当中，实现电路原理图设计、程序设计、程序调试与分析等，通过不断训练，培养正确思维与操作习惯，一丝不苟、精益求精。以此让学员在脑海中回顾思政课程所学的“理论指导实践”“理论与实践相结合”等知识点，并“润物细无声”地培养学生工作习惯、工匠精神。

本节课的目标设计，将本次课教学目标划分为知识目标：能简述Zynq 系列FPGA的组成和开发流程；能简述FPGA开发中的原语及其应用。价值目标：能简述目前我国FPGA发展水平；能简述我国芯片发展面临的国内外环境。技能目标：能够熟练运用FPGA开发中的原语；能使用Vivado开发环境进行FPGA项目开发。提示学生，带着这些问题去学习。这里，将价值目标列出来，提示学生，不能仅仅听一下故事，也要将这些价值目标知识点融会贯通。

接下来进行主体知识介绍，以Xilinx公司产品为例，列出其目前FPGA主流产品线，其中的国防级、宇航级等对我国都是禁运的，以此呼应前面提出的瓦森纳协议。提出前测，测试大家对这些FPGA系列有多少了解。根据大家反馈结果，调整授课的侧重点，基础知识可以再进一步多一些讲述。之后，介绍Zynq FPGA的发展历程，通过分析其发展历史背景，了解这一FPGA的预期应用目标，也指出，我们科研里面，可以通过这种方法了解学科和领域发展前景和发展重点，以此指导我们研究生的选题和科研工作选题。之后介绍Zynq FPGA的内部架构和开发流程。再介绍Vivado的开发流程，通过Vivado开发实践，用实例的方式，指导学生掌握FPGA原语的基本概念和基本应用，以及FPGA项目的开发流程。其中，提示学生做FPGA开发，也需要了解FPGA内部硬件架构，这样才能更好地、更高效地应用FPGA。以此也期望达到一个思政目标：只有彻底地了解一个事物，才能更好地运用它，提醒学生要具有工匠精神，要具有宽广的知识面。

最后进行后测与总结。通过提问等方式，测试是否达到了本次课的预期目标，特别是思政目标，可以提醒学生在未来的职业规划中，结合国家发展，制定目标。

2.教学方法

采用BOPPPS教学手段，将课程进行有机划分，在不同的阶段采用的教学方法有所差别。在导入阶段，采用的是研讨式教学方法，将国内外现状抛出，引领学生讨论，便于学生从思想上得到升华。在主体内容的Zynq FPGA发展历史上，采用谈话法，以语言为主传递信息，并引导学生思考为何会诞生这种架构的FPGA。在讲述Zynq FPGA内部结构和开发流程中，会结合传统软硬件的开发流程来进行类比。在讲述Vivado开发流程和FPGA原语的过程中，采用演示法和实验法，引导学生通过实践掌握知识，并达到教学目标。

3.教学活动设计

总体采用任务型教学活动，在课程开始，通过设定教学目标，引领学生完成各个任务。由于采用BOPPPS模式对课堂进行组织，在不同阶段采用的教学活动有所差异。在导入阶段，采用探究型教学活动，探究电子行业国内外局势、国内大政方针，探究国内外发展趋势，思考如何解决问题。在主体教学内容方面，采用合作学习教学活动，鼓励大家交流提问，提高课堂活跃度。在Vivado开发流程和FPGA原语知识环节，通过实验演示，进行体验式教学活动，通过大家实际实验，进行参与式教学活动。在后测和总结阶段，进行反思性教学活动，不仅是学生，授课老师也进行反思，一是反思是否达到了教学目标，二是反思课堂中存在的不足以及改进方向。

4.课程思政理念及分析

（1）与课程相关的电子行业的国际形势和国家政策的了解。在导入阶段，抛出瓦森纳协议，使学生深入了解国家面临的局势，了解国家所做的自主可控道路。引导学生树立自力更生、自主创新的理念，并通过引导学生未来职业规划，自觉将个人与国家结合起来。

（2）“唯物辩证法”在课堂学习方法中的体现。通过理论与实践相结合、理论联系实际等具体思政课程中所学的哲学方法，来形成如何学好本节课这一话题，使学生学会哲学方法的具体应用。

（3）探究如何短时间了解行业发展动态、学习论文选题方法。通过介绍Zynq FPGA架构的发展历史，Xilinx敏锐地把握了发展前景，成功推出了Zynq FPGA。启发大家，多参加行业论坛和学术会议，可以很快掌握行业发展现状和前景，进而规划自己的论文选题，并结合目前发展现状，为巩固国防做出贡献。

（四）教学效果分析

通过本次授课，学生能够了解电子产业方面我国面临的国际形势和国家的大政方针，引导学生树立起自力更生、自强不息的精神，自觉把个人发展与国家发展紧密联系起来。通过讲述，学生了解到FPGA原语的基本概念，掌握其基本应用，对Zynq FPGA的基本概念和内部结构、开发流程有了初步都认识，对Vivado的开发实践有了初步的尝试。培养了学生获取信息、论文选题等方面的能力。达到了预期的教学目标。

四 结语

专业课课程思政的实施，不仅活跃了课堂气氛，也能提升授课效果。学生不仅能更好地获得知识，更能获得科学思维和科学方法论方面的培养，思想政治方面也潜移默化地受到教育。专业课程教学案例的建设没有固定标准，我们也仅对“嵌入式电子系统设计”这门课中的一节课进行了课程思政教学案例的尝试，也希望得到大家的批评指正，共同做好“立德树人”。