計算機組成課程思政教學實踐與探討

吳 強，彭蔓蔓

（湖南大學 信息科學與工程學院，湖南 長沙 410082）

0 引言

新時代對高等院校人才培養提出了更高的要求。如何在新時代背景下培養國家和社會所需要的德才兼備人才成為當今教學改革中的熱點話題。傳統上專業課程主要完成專業知識講授，兼顧職業道德教育的方式不能充分地滿足新時代對大學生樹立正確世界觀、價值觀、人生觀，掌握正確思維方法的要求。發展課程思想政治教育，改進專業課程教學方法，在專業知識傳授的同時融入思想政治課程中所學的基本原理和方法，成為專業課程教學改革的重要研究內容之一[1-2]。

計算機組成課程是計算機科學與技術及其相關專業的核心課程之一，是構建計算機科學與技術專業知識框架的基礎支撐課程，在計算機類課程體系中處于承上啟下、合縱連橫的關鍵位置。計算機相關專業的學生有必要系統和深入地學習，以便為進一步學習其他專業課程奠定良好的基礎。如何改進計算機組成課程的教學方法，提高計算機組成課程的教學效果，一直是計算機組成教學改革中的重要關注點[3-5]。

計算機相關專業的學生處于學習的最佳階段，學習能力強，創新能力佳，能夠在專業課學習過程中迅速掌握相關專業知識和技能，成為未來我國計算機系統軟硬件核心技術升級的骨干力量。如何對蓬勃向上的青年學子積極引導，弘揚社會主義核心價值觀和正能量，是高等教育尤其是計算機相關專業培養政治可靠、素質優秀的專業人才，需要重點探討和研究的課題。計算機組成課程的具體教學過程中，應該以社會主義核心價值觀為靈魂和主線，以專業技能知識為載體，深入挖掘課程蘊含的思想政治教育資源，將思想政治教育融入本課程教學過程。

1 計算機組成課程思政目標

開展課程思政教育的總目標是引導大學生樹立正確的世界觀、價值觀、人生觀，培養他們運用正確思維方法分析和解決問題的能力。具體到專業課程，課程思政的目標應該與專業課程內容結合起來，確定更為細致、具體的目標。對于計算機組成課程而言，可以細化為引導學生思考認識計算機組成的系統論、設計方法學、發展規律、價值評判等問題，鍛煉學生運用從思想政治課程中學到的唯物主義辯證法分析和解決問題的能力，構建符合社會主義核心價值觀的關于計算機組成課程專業知識的世界觀、價值觀和人生觀。

1.1 計算機組成的系統論

計算機組成課程的一個主要目標就是要讓學生了解計算機的基本組成和工作原理，包括計算機硬件的基本架構、組成部件及其運作機制，以及計算機硬件與軟件的相互關系。這要求學生從系統的角度理解計算機的組成，從整體上把握計算機系統各個部分的功能，分析各個部分的關系和作用，形成關于計算機組成的系統論。在學習過程中，學生可以運用思想政治課程中學習到的唯物主義辯證法，指導自己對計算機組成各個概念及其聯系的理解和把握，從而培養全面、系統和辯證地分析和解決問題的能力。

1.2 計算機組成的設計方法學

計算機組成課程另一個主要目標是讓學生掌握計算機硬件，尤其是CPU的設計方法，包括指令集架構的設計、運算器的設計、控制器的設計、指令流水線的設計、存儲器的設計、外圍設備接口的設計等。在設計過程中，學生會學習和領會如何在硬件資源、功能等條件的約束下，選擇合適的設計方案，盡量優化性能、成本等設計目標。這又是一個鍛煉學生運用唯物主義辯證法基本原理和方法的能力的大好機會。

1.3 計算機組成的發展規律

作為工程技術之一，計算機組成技術遵循工程技術發展的一般規律，同時也有其本身鮮明的特點。在摩爾定律的推動下，計算機技術呈指數式爆發增長，發展速度令人眩目。引導鼓勵學生運用從思想政治課程中學到的唯物主義辯證法，分析計算機組成技術的發展規律，掌握計算機組成技術的發展特點，一方面有利于幫助學生理解計算機組成課程專業知識，另一方面也有利于幫助學生更深入地理解和掌握思想政治課程中學到的基本原理和方法，正確地認識和把握計算機技術的發展趨勢。

1.4 計算機組成的價值評判

計算機已經深刻改變了人類的生產和生活方式，并在可見的未來仍然會繼續促進人類社會的發展和變革。在這個過程中，計算機技術起到的主要作用是正面和積極的，但存在和潛在的負面影響，如惡意軟件和病毒、年輕人沉迷于電腦游戲和互聯網虛擬世界等，也引起了人們的擔憂。2018年微處理器芯片的龍頭廠商Intel公司的CPU接連被曝光硬件設計漏洞，引發了人們對信息安全的廣泛關注和討論。引導學生思考計算機技術應用中的價值評判和工程倫理道德問題，有利于培養他們對于計算機技術服務大眾、服務社會、服務全人類的正確價值觀。

2 計算機組成課程思政方法

根據計算機組成課程思想政治教育的目標，結合計算機組成課程的專業知識內容和教學方式，需要采取合適的方法將思想政治教育內容融入專業知識的傳授中。按照馬克思主義認識論，要達到計算機組成課程思想政治教育的目標，一方面要有科學理論的指導，也就是辯證唯物主義；另一方面要堅持實踐出真知，避免僵化教條的說教。計算機組成課程專業知識涉及面廣，內容豐富，同時發展日新月異，不斷有新的技術實踐產生，為引導學生進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，運用科學的思維方法對這些材料進行加工，從感性到理性，從部分到整體，從具體到抽象，從特殊到一般，可以作為計算機組成課程思政的基本方法。

2.1 計算機組成課程的教學安排

計算機組成課程安排在大二下學期，對所有計算機類及相關專業學生開設。教學總課時96，其中課堂教學48課時，小班討論每班16課時，課程實驗每班32課時。

小班討論是本課程特色之一[6]，從以往教學實踐來看，小班討論是一個很好促進教師和學生以及學生之間交流的切入點。通常小班討論的題目選自課程內容中的重點、難點和熱點問題，如摩爾定律、RISC設計思想、指令流水線設計中的問題、亂序執行—按序完成的原理與機制、高速緩存設計中的選擇與權衡、CPU漏洞與信息安全、中興華為事件與芯片自主可控等。顯然，小班討論也是計算機組成課程思政一個很好的切入點，可以在小班討論中設置一些相關的問題引導學生進行思考和討論。

2.2 計算機組成課程的思政結合點

計算機組成課程的專業知識內容主要包括計算機系統概述、指令集架構、數據表示和運算方法、CPU設計、存儲器和存儲層次、外存儲器和輸入/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合點，確定相關的課程思政目標、原理及教學方法。表1計算機組成課程思政的結合點。

總的來看，由于計算機組成的專業知識內容豐富、涉及面廣，為課程思政提供了不少結合點，教師可以根據教學進度選擇若干結合點開展課程思政工作。當然，表1列出的結合點不可能完全覆蓋計算機組成課程中可能融入思想政治教育的切入點，進一步研究和完善計算機組成課程思政與專業知識的結合點是應該長期堅持的工作。

表1 計算機組成課程思政結合點

2.3 計算機組成課程的思政實踐

在計算機組成課程思政的實踐上，可以根據課程思政的結合點，在課堂講授、課程實驗、小班討論等各個教學環節中開展課程思政教育。

首先，有些課程思政結合點，如摩爾定律、馮?諾伊曼體系結構、芯片制造過程、RISC設計思想等，一方面本身是計算機組成課程的重點或難點內容，屬于必學部分；另一方面，這些結合點的講授通常會涉及計算機組成的原則思想和發展歷程，可以提煉抽象到方法學、價值觀等層次，便于在課堂講授時引導學生思考，對于其中的難點內容，還可以在小班討論中進一步探討。

其次，時事熱點也是常常選做課程思政結合點的內容，并通常以小班討論題目的形式加入課程教學中。例如，2018年以來，隨著中美貿易摩擦加劇，中興華為事件的爆發使得學生更多關注相關產業動態以及我國的應對策略和措施，對于計算機組成課程思政而言是一個很好的時機。筆者在2018—2019學年春季學期的計算機組成課程中增加了有關中興華為事件的小班討論。

最后，課程實驗是計算機組成課程教學不可或缺的環節，也是課程思政的一個重要環節。在課程實驗中，學生通過實際的軟硬件設計能更好地理解計算機系統的運作機制，對計算機組成的系統論、設計方法學有直觀的了解，因此筆者在課程實驗中設置了軟硬件結合、利用開源工具構建完整設計—測試流程等方面的內容[7-8]。

計算機組成課程思政的效果可以通過學生的小班討論報告、實驗報告、課堂反應和平時交流進行評估。從學生小班討論報告和實驗報告來看，學生在摩爾定律、流水線設計中的問題、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積極，效果較好。一方面是由于這些內容或者是教學重點，講解比較詳細，或者是時事熱點，學生本身比較關注，因此學生對相關內容比較熟悉，可以深入討論；另一方面這些內容涉及計算機組成基本設計思想、發展歷程和熱點事件，有利于學生運用思想政治課程中學到的基本原理和方法分析和討論其中問題。

其他的討論和實驗題目，包括RISC設計思想、浮點數表示和誤差積累問題、亂序執行—按序完成的原理與機制、高速緩存設計中的選擇與權衡等，效果相對于前面幾個討論題目要遜色一些。原因可能一方面是這些內容偏具體化，屬于計算機組成設計中比較細節的內容，進行提煉抽象比較難；另一方面是這些內容是教學難點，學生缺乏相關經驗，難以深入理解其內容，也就難以進行有效的思考和討論。從課堂反應和平時交流來看，也印證了小班討論的情況，學生對自己能理解和關注的話題反應熱烈一些，對尚未深入了解的話題反應就平淡得多。

總的來說，課程思政起到了正面積極的效果，初步實現了課程思政目標。從中興華為事件學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 計算機組成課程思政探討

在計算機組成課程思政實踐過程中，有不少問題和可改進之處，概括來說主要包括：①課程思政的理論指導；②課程思政的教師培訓和交流機制；③課程思政的評估和完善機制。

3.1 計算機組成課程思政的理論指導

要做好課程思政，必須深入探索課程專業知識中與思想政治教育的結合點。這方面可以借鑒計算機科學哲學或技術哲學方面的研究成果，但對于計算機組成課程而言，計算機科學哲學或技術哲學的研究成果往往偏向軟件、算法、邏輯等方面，極少涉及計算機硬件組成結構的系統論、設計方法學、發展規律、價值評判等方面，需要相關研究人員或教師深入研究，豐富相關研究成果，從而為計算機組成課程思政提供強有力的理論指導。

3.2 計算機組成課程思政的教師培訓和交流機制

課程教師是課程專業知識和課程思政教育的執行人。教師本身如果都沒有形成正確的認識，那么無疑是難以勝任課程思政任務的。加強教師培訓和交流，建立長效機制，使計算機組成課程教師能有機會學習到新的課程思政理論研究成果，運用到課程思政實踐中，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，有利于達到期望的課程思政效果。

3.3 計算機組成課程思政的評估和完善機制

課程思政的效果評估目前缺乏量化指標。在計算機組成課程思政的實踐中采用小班報告、課堂反應和平時交流的方式評估課程思政效果，偏于主觀化。小班討論報告直接針對討論題目，可以直接地看到所有學生對于所討論問題的看法，不過由于是書面報告，學生之間可能相互參考，自覺不自覺地向某個“標準答案”靠近，不一定能客觀反映學生自己的觀點。相反，課堂反應和平時交流可以觀察到學生的態度，從而直觀地感受學生的內心想法，不過課堂反應和平時交流的情況轉瞬即逝，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，并運用相應的計算分析手段反饋和提高課程思政效果是值得研究的。

4 結語

在計算機組成課程中進行課程思政的實踐，從學生的討論報告、課堂反應和平時交流來看，取得了明顯效果，初步達到了課程思政的目標。計算機組成課程思政的理論指導、教師培訓和交流、課程思政效果評估和完善機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問題開展研究，逐步改善計算機組成課程思政工作和提高效果。