发现科学之美的课程思政教学实践

［摘 要］文章以计算机组成原理开展专业课程思政教学为例，分析了理工类课程思政教学改革面临的挑战和机遇，论述了通过课程思政教学实践体现出来的“发现科学之美”育人主题的实现途径，分析教学效果，对扎实推进专业课程思政教学成果在实践教学、持续改进和教学效果有效反馈及评价等方面进行了反思，为专业课程挖掘思想政治教育元素、确定思政育人主题、发挥示范引领作用提供参考借鉴。

［关键词］课程思政；计算机组成原理；价值塑造；科学精神

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）13-0063-04

课程思政是当前各方高度关注的理论和实践问题，引发了高校思想政治工作的理念、模式的深度变革。长期以来，党和国家高度重视课程的育人作用，特别是进入新世纪以来，发挥课程的育人作用被反复地强化[1]。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，提出了思想政治工作贯穿教育教学全过程、实现全程育人、全方位育人的总体要求，使我国高等教育事业迎来了发展新局面，在广大高校师生中引发了强烈反响[2]。全国所有高校在各门专业课程的教学实践过程中开展了课程思政教学研究，发掘各类课程的思政元素，发挥课堂教学在育人中的主渠道作用，把思政教育与各类课程专业知识和能力有机融合，探索能够实现知识传授、能力培养和价值塑造的具体途径。

课程思政的重点在于高校的各类专业课程，难点在于理工类的专业课程。对专业课程思政的科学内涵理解、逻辑架构把握、思政元素挖掘、教学设计研究是理工科教师落实课程思政的关键。在北京警察学院探索推进课程思政的过程中，计算机组成原理课程作为本科优质专业课程代表，开展课程思政建设，发掘专业课程思想政治教育元素，确定思政育人主题，整合教学资源，构建与其他课程协同育人的工作机制，提高课程思政教学实践的科学性与有效性，对于实现教育教学全程、全员、全方位育人，发挥示范引领作用，推进专业课程思政具有重大的启示意义。

一、计算机组成原理教学面临的挑战和机遇

在网络安全执法专业课程体系当中，计算机组成原理课程是实施系统能力培养和提升硬件设计能力的核心专业基础课，处于承上启下的地位，对学生构建计算机科学技术的知识体系提供基础支撑。课程以冯·诺依曼模型为起点，通过教学使学生掌握单处理器计算机系统中主要部件的工作原理、组成结构以及相互连接方式，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法，对计算机硬件相关问题进行分析，并能够对相关部件进行设计，理解计算机系统的整机概念，能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对高级程序设计语言（C语言）中的相关问题进行分析，具备软硬件协同分析和设计能力，为进一步学习计算机操作系统、计算机网络、网络对抗技术、恶意代码分析等后续课程，全面培养计算机软硬件系统认知、设计能力奠定坚实理论基础，具有理论性强、内容多、抽象程度高、难度大等特点，是一门多年来被普遍认为既难教又难学的课程。

在“三全育人”目标的指引下，计算机组成原理课程从育人维度来反思课程价值，为实现思政寓课程、课程融思政，致力于实现提高学生的思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养的教学目标，是传统教学面临的新挑战。传统专业课程教学实践往往存在一个认识上的误区，认为价值引领应该由思政课来完成，而专业课程则注重教学内容，负责知识传授和能力培养。计算机组成原理以单处理器计算机系统中主要部件为基本对象，反映计算机的构成和运行机理，侧重逻辑，偏重推理，具有客观性，并超越意识形态，具有普遍性，要求掌握相应的知识要点、技术手段、设计思想、运算方法、工作流程等，学生接受的教育重点在技术和知识层面，最后实现技术和知识的综合运用。因此，在传统的教学实践过程中重“术”的掌握和运用，缺少“道”的阐发和弘扬[3]，使得一些学生缺乏“道”的自觉，特别是价值上的引领和启示，这正是需要从课程思政的角度进行加强的，而且课程思政不应该被列为一个单独的教学环节，而要使其贯穿整个教学过程。

计算机组成原理以专业知识技能为载体，确定了敬畏且热爱科学的育人主题。专业课程的实践性具有强大的说服力和感染力，有利于开展职业素养和科学精神教育，有助于将课堂思政教育主渠道的功能发挥最大化。该课程在知识和技能传授的同时，更注重学生对科学创新的思考、对公安责任意识的审视，使学生认清当前计算机“卡脖子”技术产生的根源，正确认识优势和差距，坚定理想信念，培养家国情怀、工匠精神、政治担当，激发学习兴趣，并愿意为改变“重软件、轻硬件”的现状付出努力，这正是时代提供给该课程深化教学改革与实践的良好契机。

二、发现科学之美的课程思政教育实践

（一）言传且身教

立德树人的关键在于言传，更在于身教。真正好的课程思政效果是使学生“亲其师，信其道”。专业课教师对待教学的态度、言谈举止，都起到了非常重要的立德树人作用，这个作用甚至可能比苦口婆心和声情并茂地说教更有效果。事实上，学生学习某门课的最大收获，往往不是其中的知识，而是他们心目中的学术楷模是如何看待上课这件事的[4]。学生对科学、专业和课程的热爱程度可以映射出教师对教学的热爱程度。正如习近平总书记在全国学校思想政治理论课教师座谈会上强调的，“让有信仰的人讲信仰，善于从政治上看问题，在大是大非面前保持政治清醒”[5]。公安高校的教师，想开展好课程思政，必须不断提高自身修养和丰富专业学识，在宏观层面须牢固树立政治意识、大局意识、核心意识、看齐意识，切实做到忠于党、忠于国家、忠于人民、忠于法律；在微观层面要始终坚持学术研究无禁区、课堂讲授有纪律、言论行为有底线，坚决杜绝在课堂上传递负能量。教师只有自己对党和人民的教育事业、学科专业、课程充满无限热爱和敬畏，以立德树人的实际言行，投入大量的时间和精力开展扎实的教学工作，主动发现感悟专业知识、技能蕴含的科学之美，才能让学生在耳濡目染中形成正确的价值观和学习观，从而做到尊重科学、热爱专业、敬畏课程、专心学习。

（二）咀嚼且品味

计算机组成原理开展课程思政其实质不是增设一项独立的教学活动，而是坚守网络安全与执法专业定位，注重学科视野；开展课程思政是在坚持学科专业的性质不变、本位不改的前提下，挖掘学理、价值、人文等思政元素，作用于学生，让其学会以专业为基础，从专业知识中引发对价值问题的深入思考。在课程思政教学过程中，教师要从具体知识点入手，对专业充满热爱，引领学生不断琢磨、反复体会，感悟计算机科学发展过程中蕴含的科学精神；通过专业教学塑造价值引领，引导学生感悟计算机硬件知识点背后蕴含的精妙设计思想，引发学生对科技的敬仰和尊重，激发学生的学习研究兴趣；引导学生建立求真务实、敢于挑战困难和严谨的精神，鼓励“不唯书、不唯上、只唯实”的科学态度——这是每名学生必须具备的科学素养和未来从事公安工作必备的职业素养。如在讲解定点加法、减法运算知识点时，首先提出问题：“计算机是如何实现加减法运算的？”“计算机实现加减法运算是否要像人类一样的运算方式？”通过类似问题引起学生的学习兴趣和好奇心，进而引入“补码”的概念和定义，再通过证明和举例，科学地验证补码最大的优点就是将减法运算转换成加法运算，并且提供可靠的证明过程，颠覆了学生的传统认知，让他们在惊叹计算机硬件设计原理精妙的同时，激发了学习研究兴趣，并强调今天计算机科学的发展是建立在这些伟大的思想基础之上，在学习知识点的同时，更要不断学习这些伟大的、创新的思维模式，这正是科技不断发展创新的源泉，也是计算机科学的人文魅力所在。

（三）敬畏且热爱

计算机组成原理课程思政内容立足网络安全与执法专业课程体系，注重计算机组成原理作为专业基础课程对整个课程体系的基础支撑作用。课程思政内容以知识点教学为基础，但不局限于计算机组成原理课程本身。在具体教学过程中，应把该课程知识、能力培养同程序设计基础、计算机操作系统、网络对抗技术等课程，加密解密、逆向分析技术等能力培养紧密联系起来，形成面向“系统思维”培养的教学方案；不断丰富完善思政元素来源，开阔学生视野，引导学生不孤立地学习单一知识点，要综合运用所学知识，提高解决专业实际应用问题的能力；注重课程群知识点的相互联系，从专业中引发与专业相连的问题，培养学生对专业的热爱，对科学的敬畏，进而突出工匠精神和“大胆假设、小心求证”的科学态度等思政主题教育。如将课程内容结合分析软件漏洞产生原因，引导学生体会到数据在计算机系统不同层级的表达和应用形式，理解在高级语言程序中定义的数据在计算机内部是如何表示、存储、运算和传送的，能够用计算机组成原理的基本原理解释分析高级语言程序运行结果（网络安全与执法专业人才培养要求），实现知识的融合，深入理解计算机组成原理课程的各知识点在计算机中的实际应用，实现扩展课程间的联系，向学生强调要避免孤立地学习单一知识点，一切专业技术应用问题都能够在专业理论找到产生根源。结合公安工作实际引发深入思考，引导学生对习以为常的结论、现象进行深入思考；倡导学生要深入掌握计算机知识，综合运用所学知识，注重课程群知识点的相互联系；具备分析高级语言和机器级语言程序设计中遇到的各种与数据表示和运算相关问题的能力，能够发现和解释不正常的执行结果，养成严谨的科学态度和工作作风；向学生们强调凡是能够称之为科学理论的命题，都具有可检验性，求真即对真理的追求，是最核心的内涵，而由此衍生出的不惧权威、敢于挑战、大胆质疑、小心求证、开拓创新等一系列特有的精神气质都是未来从事公安工作需要具备的过硬本领，进而增强其对科技、对专业和未来从事职业的敬畏和热爱。

三、课程思政教学效果及反思

（一）教学效果

通过教学，计算机组成原理课程立足专业知识点，扩展课程间联系，通过案例使理论知识具体化，从习以为常的结论、现象出发引导学生深入思考，使学生在惊叹计算机硬件设计原理精妙的同时，引发对科技的敬仰和尊重，激发创新热情和未来职业的热爱，这是课程带给学生的宝贵精神财富。学生认为课程学习有新鲜感、危机感、紧迫感、成就感、荣誉感。

课程采用线上线下混合式教学模式，有效划分线上学习和课堂教学任务，学院在线教学平台统计在线学习任务完成度为97%。通过调查问卷，学生反馈表明愿意接受线上线下混合式教学模式，通过课程学习开阔了视野、掌握了新的思维模式，喜欢蕴含在专业知识背后的故事，对计算机认识有了提高，对专业培养目标理解更清楚的人数比例达到了92%，其中有86%的学生认为基础知识点学习通过在线学习完成，可以节省大量课堂教学时间，课上结合软件开发对综合能力提升有帮助，79%的学生认为，课堂教学中教师布置的用计算机组成原理知识分析解决高级语言程序运行结果错误的实训练习有趣且很有难度，对个人学习有挑战，通过认真研究思考对自己的综合能力提升很有帮助，对整个知识体系认识更深入，对专业理解更深刻，对未来职业认同感有了提高。

（二）教学反思

1.坚持“做上教，做上学”的实践教学

计算机组成原理课程思政的价值引领不是教师“教出来”的，而是教学过程中学生在教师的引导下，充分发挥主观能动性，与教师平等地进行心灵的对话和思想沟通，共同开展主流价值观的学习，最终将所接受的价值观念自觉运用于实践的过程。计算机组成原理作为专业基础课程，始终重视理论与实践并重，通过“看得见、摸得着、做得了”的实践教学，让计算机硬件知识对学生来说不再遥不可及，在动手解决实际问题的过程中，培养学生的创新意识、协作精神、敢于挑战困难和严谨的科学态度，倡导打破传统习惯的思维定式，引导学生建立起创新意识，实现网络安全人才培养目标，提升人才培养质量。

2.坚持教学持续改进

提升课程思政育人的实效性是关键，在互联网技术快速发展的时代背景下，知识的获得日趋便捷，青年学生的独立意识和自我意识日益增强，传统的“填鸭式”“提问式”教学形式容易使学生产生逆反心理，平庸、落后或过时的问题甚至会让学生“嗤之以鼻”。因此，开展好课程思政，教师必须持续提高自身修养和丰富专业学识，并做到以下几点：一是要做到“准”，深入研究人才培养目标要点，结合专业课程特点，明确课程思政育人主题、挖掘思政元素和立足点；二是要做到“全”，这个“全”不是要涵盖所有价值观，而是在整个教学过程中开展各环节的课程思政教学改革和实践，不断迭代，产生“滚雪球”效应；三是要做到“厚”，教师专业知识、教学理念、教学方法手段更新要及时，知识储备要丰富，实践能力要强，注重成果总结、教学资源建设和积累，提高课堂教学的驾驭能力，要在知识技能上先“征服”学生，才能使思政教学自然而然、水到渠成地融入专业教学实践过程中，进而在潜移默化、润物无声中影响学生，达到“亲其师，信其道”的思政育人效果；四是要做到“行”，实践是检验真理的唯一标准，对于工科专业的课程特别要重视技术、应用和工程的教学实践，理论要落地，能够指导实践，在脚踏实地的实践中引导学生价值观的养成，在“怎么做”层面给予学生具体实际的指导是对教师专业能力提出的挑战，让学生在“我能做，做得出”的实践中真正体会专业的科学之美。