微机原理课程思政案例设计与实践

左冬红

［摘 要］高等学校人才培养是育人与育才相统一的过程。课程组设计了与课程教学内容紧密相关的思政案例，并将其融入线上教学、理论教学、实验教学的全过程。实践結果表明，课程思政一方面能帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，另一方面能提高学生的专业学习热情。

［关键词］课程思政；案例设计；微机原理

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）05-0104-03

微机原理课程是电子信息类非计算机专业的核心基础课，该课程的教学目标是让学生了解软件控制硬件的基本原理，建立微机系统的整机概念，同时具备利用计算机软、硬件技术解决实际问题的基本思路和能力。该教学目标侧重于知识传授和能力培养。新时代的人才培养要求是将育人与育才相统一，在知识传授和能力培养的同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观[1]。计算机是一个复杂系统，在对其进行设计、研发的过程中，各种问题的解决和方案的实施无不蕴含着人类先进的思想价值和精神内涵。因此，挖掘和提炼微机原理课程中的思想价值和精神内涵，形成合理有效的微机原理课程思政案例，是本文研究的主要内容。

基于《高等学校课程思政建设指导纲要》指导思想，并结合笔者多年从事微机原理课程教学实践、教学研究工作的相关经验，本文总结出了以下微机原理课程思政案例及实施方案。

一、课程思政线上教学

（一）引入中国计算机发展历史

为帮助学生了解CPU在我国的发展历史和现状，培养学生的爱国主义精神，增强学生对中华民族伟大复兴的责任感、自信心和自豪感，课程组有针对性地引入我国计算机发展历史、现状介绍，以及在我国计算机发展进程中做出卓越贡献的人物和具有较大影响力的事件。这不仅能增强课程的人文性、引领性和时代性，还能引导学生了解国情，树立正确的世界观、人生观、价值观。

实施方案：将相关视频的链接上传到线上的课程思政栏目，在课间或课外供学生观看。课程思政视频涉及内容有：（1）国产计算机发展历史；（2）中国龙芯之母黄令仪；（3）科学脊梁——胡伟武与龙芯CPU；（4）为AI装上中国芯；（5）胡伟武报告：自主CPU发展之路；（6）天才简史——图灵；（7）天才简史——冯·诺伊曼；（8）5分钟看懂芯片如何制造；（9）最高科学成就奖获得者感言。

（二）引入计算机学科大师的处世感言

为帮助学生树立良好的品格，课程组引入计算机学科大师胡伟武在从事计算机科学研究以及在产业发展过程中所发表的相关文章，让学生明白基本的处世哲学：（1）复杂系统需要在不断试错中发展，不可能一蹴而就，试错需要时间和耐心；（2）不仅要撸起袖子加油干，还要耐着性子坚持干；（3）核心技术产品开发的难点不在科学原理，而在于工程细节的完善；（4）要在应用中发现问题，并根据发现的问题进行持续改进；（5）既在成绩面前保持清醒的头脑，又在困难面前坚定必胜的信心[2-4]。

将有关文章上传到线上的课程思政栏目，供学生课间或课外阅读，让学生在了解大师处世态度和观点的同时，潜移默化地形成正确的世界观、人生观、价值观，增强创新精神、创造意识，提高个人的爱国、敬业、诚信、友善等修养。

二、课程思政理论教学

（一）培养对立统一辩证思维

辩证思维，即运用唯物辩证立场、观点、方法（尤其是对立统一规律）来分析问题、解决问题的思维方法。唯物辩证法认为一切事物都是对立统一的，并在一定条件下相互依存、相互转化[5]。

计算机技术发展历程存在大量对立统一辩证思维的事例。在讲授相关知识时，需明确指出并反复强调这些事例，同时提醒学生在今后的学习工作中，要根据实际情况灵活运用相关技术，甚至改造现有技术。案例如下：

冯·诺依曼体系结构采用单一总线、单一存储器；而哈佛体系结构采用多总线、多存储器。哈佛体系结构解决了冯·诺依曼体系结构计算机在CPU高速发展之后的存储访问瓶颈问题，但是CPU外部总线增加又带来了硬件结构复杂化问题。现代CPU则依托缓存技术将二者进行融合。

CISC指令架构在底层电路层面为每一条指令编写完整的控制和运算逻辑，丰富了指令的种类和数量，简化了软件人员的工作；RISC指令架构仅由最基本的指令组成，复杂操作由软件人员采用基本指令实现，提高了硬件执行效率。随着指令架构的不断发展，RISC指令集和CISC指令集的边界越来越模糊，两者相互借鉴、取长补短。

高速缓存直接映射时，内存中某行的数据只能映射到高速缓存的特定行，易导致缓存较高的替换率和较低的利用率；全相联映射时，则内存中的数据可以映射到高速缓存中任意行，虽提升了缓存的利用率，但同时提高了缓存的管理代价和存储代价。现代计算机缓存映射策略采用多路组相联映射，将两者融合起来，形成组间直接映射、组内全相联映射。

在教学过程中，向学生明确分析这些示例的对立面和统一性，通过对这些技术发展过程的阐述，启发学生在生活和学习中增强问题意识、坚持问题导向，正视矛盾的普遍性、客观性，正确分析矛盾，在对立中把握统一、在统一中把握对立，克服极端化、片面化，不断提升辩证思维能力[6]。

（二）树立人类命运共同体理念

计算机系统的各个构成部件虽具有一定的独立性，但为实现计算机系统协调有序工作，各个部件之间的通信必须遵守相应的总线规范，任一设备长期强占总线，都将造成计算机系统性能下降。人类社会对于公共资源的使用，同样应遵守相应的规则，强权和霸权只会阻碍人类社会发展，甚至导致其倒退。

通过计算机系统总线规范的解读，一方面帮助学生理解习近平总书记提出的构建人类命运共同体思想的深刻内涵与时代价值，引导学生建立“不依附别人、更不掠夺别人，同各国人民一道努力构建人类命运共同体，把世界建设得更加美好”[7]的崇高理想；另一方面培养学生利用法治思维和法治方法解决问题的能力，形成遵纪守法、诚信友善的职业品格。

（三）培养社会主义核心价值观

社会主义核心价值观就是要弘扬共同理想，凝聚精神力量，形成全民族奋发向上、团结和睦的精神纽带，是人们的精神支柱、行动向导[8]。只有全民族共同努力，才能实现中华民族伟大复兴。

计算机系统就如同一个国家，其部件如计算、存储和输入输出等，都不是单一结构，而是要协同工作，各盡其能，从而实现高性能、低成本的计算机整机。

如，计算部件不仅有CPU，还有FPU、GPU、DPU、FPGA等；存储部件不仅有内存，还有高速缓存、联机硬盘、移动硬盘等；IO数据传输控制方式不仅有查询、中断，还有DMA、通道等。计算机系统整体性能提升既不能单纯追求部件或技术种类的繁多，也不能追求某个部件单一性能的提高，只有各个部件性能协同提升，才能实现计算机系统整体性能的提升。

通过对这些技术或解决方案进行剖析，引导学生把国家、社会、公民的价值要求融为一体，提高个人的爱国、敬业、诚信、友善等修养，自觉把小我融入大我，形成正确的职业道德。

（四）培养精益求精的大国工匠精神

为培养学生精益求精的大国工匠精神，理论课堂教学不仅要介绍各类问题的解决方案，还要进一步探讨其原因，即探讨不同解决方案的性能，如时间复杂度（速度）、空间复杂度（资源）及其适应性等，并进行对比分析。

如，汇编语言指令实现C语言程序段中的while语句以及switch语句，引导学生分析不同实现方案的性能、优缺点和适应性；针对汇编语言指令实现C语言中指针和数组，引导学生分析C语言这两种实现方案的性能和代价；针对快速中断和普通中断模式，引导学生分析两种方式的性能和代价；针对分级存储系统，引导学生分析计算机采用分级存储系统的原因；针对高速缓存映射策略，引导学生分析同一程序段在不同映射策略下的性能以及代价；针对IO接口数据传输控制方式，引导学生分析不同控制方式下的软硬件开销、性能以及可能带来的问题。

三、课程思政实践教学

（一）对比实验

微机原理课程接口技术实验根据数据传输方式分为并行接口和串行接口，而根据数据传输控制方式则分为程序控制和中断。计算机外部设备种类繁多，为了让学生在有限的实验学时内快速掌握相关知识，并能深刻体会不同解决方案的优缺点和适应性，单元实验采用对比实验和协同学习的课程思政教学方案。如每个学生针对同一外部设备采用不同接口数据传输控制方式进行对比实验，而同一组学生则针对不同外部设备分别进行实验。每个学生在实验验收及实验报告中都要明确指出不同数据传输控制方式下的特点，以及针对不同外部设备如何进行控制程序及接口电路的修改。

（二）综合实验

单元实验注重培养学生某一方面的能力，而综合实验则要求学生综合运用所学知识解决某个与实践紧密相关的具体问题，其功能相对复杂。为培养学生的团队合作能力、领导能力以及良好的职业品格和行为习惯，综合实验采用开放选题、团队合作的方式进行。综合实验验收工作包括：（1）提交团队实验报告、所有团队成员参与的实验过程视频、实验工程源码；（2）所有团队成员参与答辩；（3）各团队之间互评和团队成员自评；（4）将完成度、难度、创新性以及性能等作为验收的主要指标。

四、课程思政实施成效

（一）学生对线上课程思政反响热烈

微机原理线上课程设计了4个话题：（1）请节选部分你印象较深的胡伟武文章中的观点，并发表你的感想；（2）请发表你观看胡伟武报告后的感想；（3）请发表你观看中国芯相关视频的观后感；（4）从陈云霁的文章中，你看到了什么？上课班级对4个话题的回复数将近100条，阅读数将近150次。从收集的学生感言中，可以看出学生在了解与本课程紧密相关的国情、人与事之后，激发了中国心、中国情，增强了责任感。

（二）学生参与科创活动的积极性提高

全流程的课程思政教学实施后，选择跟随任课教师参与科研活动的学生人数明显增多，积极性明显提高。（1）参与任课教师指导的大学生创新创业项目的学生人数明显多于往年；（2）参与任课教师指导的大学生电子设计大赛的学生人数增多；（3）开放选题中的综合项目的多样性、创新性增强，部分学生所设计的综合项目选题内容不再局限于本课程，融合了高阶课程的元素，如将神经网络应用于嵌入式系统、结合数字语音处理的嵌入式系统等。

五、结语

本文结合微机原理课程的特点，深挖与课程紧密相关的思政案例，并融入课程教学的全过程，实现专业课程教学与思政教育的有机结合。实践结果表明，课程思政教学一方面能帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，另一方面能提高学生的专业学习热情。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 中华人民共和国教育部.高等学校课程思政建设指导纲要[EB/OL].（2020-06-01）[2023-02-15]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[2］ 胡伟武.龙芯CPU15年研发历程[J].中国经济周刊， 2018 （17） ：18-21.

[3］ 胡伟武.核心技术需要在试错中发展[J].中国科学：信息科学，2018，48（8）：1097-1101.

[4］ 胡伟武.发展自主CPU应该走市场带技术的道路[J].信息安全研究，2019，5（5）：450-453.

[5］ 陈忠禹.习近平关于辩证思维重要论述的科学内涵研究[J].中共福建省委党校（福建行政学院）学报，2022（2）：45-52.

[6］ 中共中央党校哲学教研部.习近平关于读经典学哲学用哲学论述摘编[M].北京：中共中央党校出版社，2015.

[7］ 习近平.在纪念马克思诞辰200周年大会上的讲话[M].北京：人民出版社，2018.

[8］ 刘云山.着力培育和践行社会主义核心价值观[J].求是，2014（2）：3-6.

［责任编辑：钟 岚］