基于思政融合的“微机系统与接口技术”课程设计

［摘 要］ 课程思政是当前高校的工作重点。在新工科背景下将思政元素与工科教育进行有效融合，既能帮助学生理解抽象的理论知识，也能帮助学生树立正确的价值观。以“微机系统与接口技术”课程为例，结合课程的重点和难点，设计了六个课程思政案例。通过坚持知识传授和价值引领的统一，坚持显性教育和隐性教育相统一，坚持统筹协调和分类指导相统一，坚持总结传承和创新探索相统一，在理论教学的同时，培养学生的奋斗意识和家国情怀。

［关键词］ 微机系统与接口技术；课程思政；教学改革

［基金项目］ 2022年度江苏省普通高校自然科学研究计划面上项目“小样本条件下的海面微弱目标稳健性检测方法研究”（22KJB510024）；2022年度国家自然科学基金青年基金项目“基于信息几何的海面微弱目标稳健性特征检测方法研究”（62201251）

［作者简介］ 陈世超（1992—），女，河南郑州人，博士，南京工业大学计算机与信息工程学院讲师（通信作者），主要从事雷达系统研究；李 鑫（1976—），男，安徽蚌埠人，硕士，南京工业大学计算机与信息工程学院讲师，主要从事数据挖掘研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）44-0141-05 ［收稿日期］ 2023-10-11

引言

自课程思政理念提出以来，一直在高等学校的教育中占据着重要的位置。面对当前百年未有之大变局，在新时代推进科教兴国战略，理工科学生不仅要能够掌握基本理论知识，熟悉各类复杂的工程问题，还要寓正确的价值观于日常的学习和科研中，同时将所学知识最大限度地用于回馈祖国、社会和人民。高校教师要坚持落实立德树人根本任务。全面推进课程思政建设，帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观。在日常的专业课程教学中将专业教育与思想政治教育进行有效融合，使课程学习充分发挥育人的功能［1］。

“微机系统与接口技术”课程是现代电子技术教育的重要组成部分，是通信专业本科学生知识结构中的必修课程。由于理工类的本科生教育具有较强的逻辑性，很多重点和难点内容更是晦涩难懂，使得很多学生在学习的过程中味同嚼蜡［2］。本课程旨在使学生掌握微机的基本硬件原理和汇编软件编程技术，掌握常用计算机外围接口芯片的工作原理和编程方式，为后续课程打下坚实的理论基础［3］。

一、“微机系统与接口技术”课程思政的目标

通过对本课程的学习，使学生掌握微处理器芯片的基本功能、指令系统、构成微型计算机的外围接口芯片。同时培养学生工科的逻辑思维和工匠精神，使学生拥有正确的世界观、人生观和价值观。具体课程思政目标如下。

掌握微型计算机系统的基础知识，培养学生运用基本理论、基本分析设计方法对微型计算机的基础进行工程应用的能力。通过对实际应用领域的讲解，明确本课程对工程实践和国防工业的巨大作用，增强学生的使命感，培养学生迎难而上的信心和决心。

能够利用专业知识和汇编程序设计语言，培养学生对实际应用软件进行汇编编程的能力。介绍我国计算机软件的发展历程和科学家的突出贡献，激发学生的爱国热情。

能正确了解串并行通信、数据传输、定时器和计数器等接口芯片的基本原理和应用问题，培养学生运用微机系统中的串口知识解决复杂工程中串口通信的能力。通过时事案例，鼓励学生努力学好本领并发扬奋斗精神。

二、课程思政元素设计

（一）中国龙芯之母：黄令仪

在第一章《微机原理基础》的讲授中，一方面是首先将本课程的基本知识给学生进行简要介绍，使得学生对本课程的学习有一个大致的方向；另一方面是将微机系统的发展现状对学生进行讲解。微机系统的发展现状主要是科普性质的内容，可以极大限度地提高学生对本课程的学习兴趣。在微机系统发展的历程中，涌现了许多为国家富强、民族复兴做出巨大贡献的科学家，在这里选择向学生介绍中国龙芯之母黄令仪女士的事迹。黄令仪出生于战火交加的抗战时期，因为经历过颠沛流离之苦，黄令仪的心中早早就埋下了救亡图存、立志报国的鸿鹄之志。她创建了国内首个半导体实验室，在极端恶劣的条件下为我国成功研发出半导体二极管。在退休之后，黄令仪毅然选择加入龙芯研发团队，担当起了项目负责人的重任。在她的带领下，“龙芯1号”成功研制出来，打破了国产计算机无芯可用的历史。像黄令仪这样的科学家还有很多，他们为了自己心中的信仰而默默奉献，为的就是报效祖国。通过对黄令仪事迹的讲授，一方面激发学生在硬件电路方面的学习热情，另一方面培养学生的爱国主义精神，教导学生要不畏艰难，勇于创新，将自身所学贡献于为国为民的事业。

（二）“被隐藏的故事”：朱传榘与ENIAC

在讲授微机的基本工作原理时，首先会向学生介绍世界上的第一台电子计算机——ENIAC。学生在学习“大学计算机基础”这门课的时候已经了解这部分内容，但是很多学生并不知道在ENIAC的诞生过程中，有一位美籍华裔科学家朱传榘，在其中作出了重要的贡献。ENIAC的诞生是集体智慧的结晶，而朱传榘设计的二进制逻辑，让电子线路中杂乱无章的电流有了逻辑运算，从而使得电流变成了真正意义上的“电脑”。尽管朱传榘的贡献是巨大的，然而他却因华人的身份被美国政府隐瞒了三十五年。直到1981年，美国政府出于各种压力，被迫承认了朱传榘在计算机研制中的巨大贡献，给朱传榘颁发了“电脑先驱奖”。迟到了35年的荣誉终于来了，这个时候人们才知道朱传榘是研制计算机的主心骨。中华人民共和国成立后，朱传榘经常回国组织推动公益事业，被人们誉为公益“传教士”。朱传榘作为一名华人科学家，他对世界的贡献是巨大的。在他的晚年，依旧积极为祖国做贡献。通过对朱传榘故事的讲解，燃起学生科研的激情，无论遇到怎样的困难，都要相信自己，迎难而上，战胜困难。

（三）“走进校园生活”：内存管理与学生宿舍的类比

8086微处理器的内存管理这部分内容相对抽象。物理地址和逻辑地址之间转化的计算看似简单，但是由于“节”的概念在这里尚未提及，且地址之间转化的物理机理较为复杂，很多学生在课后依旧似懂非懂，需要利用各种线上和线下资源反复地自学才能真正理解。为了使学生能够在课堂上充分理解这部分内容，在课程讲授的过程中，采取理论联系实际的方法，将整个微处理器的内存类比成学生的宿舍，将物理地址类比成客观存在的宿舍中的每一个房间，将逻辑地址的变化性与时间上的概念相结合，使学生能够更加具体地理解内存管理的实质。例如，在解释“同一个内存单元在同一个时刻可能属于不同的逻辑段”时可以采用同一个宿舍住着不同专业的学生的例子来说明；在解释“同一个内存单元在不同的时刻可能属于不同的逻辑段”时可以采用不同专业的同学之间互换宿舍的例子来说明。

（四）“提升效率的捷径”：移位指令代替乘除法指令

指令系统这部分内容非常多，主要有六大类指令需要讲解。对于使用率相对较低的运算类指令，很多学生通常在课程结束后只记得最基本的加法指令和减法指令，对于较为复杂的乘除法指令和移位指令，随着所学指令的增加，学生较容易遗忘，而在通信相关的工程实践中，尤其是涉及信号处理相关的知识时，这类指令的使用率又是相对较高的。因此，在讲授这部分指令时，采取理论与实践相结合的方式，结合雷达信号处理中常用的傅里叶变换，通过对雷达采集的回波数据进行预处理后，引导学生用移位指令代替乘除法指令实现快速傅里叶变换，通过C语言和MATLAB等学生已经非常熟悉的软件，分别计算采用乘除法指令和移位指令时，快速傅里叶变换所需要的时间，使学生通过实际的工程问题充分理解移位指令在通信复杂工程问题中的灵活运用。这种与项目相结合的实例，可以有效培养学生在面对通信复杂工程问题时的逻辑思维，在掌握基本理论知识的同时，能够将传统的工程问题通过有效的移位，将复杂的乘除法运算简单化，从而提高程序的运行效率。

（五）“理论与实践相结合”：雷达中的接口技术

在讲授课程第七章和第八章《接口电路》时，要求学生掌握可编程中断控制器8259A，可编程定时计数器8253和8254，可编程并行接口芯片8255和可编程串行接口芯片8251，这几个芯片在讲授的时候整体思路是一致的。简单的基本接口电路设计通过课堂讲解，学生便可基本掌握。然而当面对实际工程问题的时候，如果没有相关的工程实践经历，学生便会无从下手。在课程中，以雷达中数据处理电路板的设计为例，以信号接收、数据传输、数据存储、信号处理和数据融合等模块的设计为例，为学生介绍接口技术在具体项目中的应用，使学生能够对接口技术有进一步的具体认知。理论与实践相结合的方式，既可以培养学生在面对实际工程问题时分析问题的逻辑思维，使学生能够深入了解到接口技术在工程项目中应用的重要意义，又提高了学生的学习热情，激发学生积极参与国家建设的热情。在课后安排学生利用所学的接口芯片，自行设计雷达中的安保系统，完成相关的编程并进行调试，从而增强学生的参与感和自信心。

（六）“新时代的里程碑”：华为突破5G芯片封锁

在讲授串行通信和并行通信的时候，会向学生介绍几种常见的通信协议。这些通信协议通常是规定的标准，学生学习的内容较为枯燥，学习的过程也较为快速，学生并不能真正理解通信协议在通信过程中的重要意义。因此，在讲授这部分内容时，将通信协议的重要意义与华为5G事件相结合，可以充分提高学生的课堂积极性。通信协议在通信的过程中是非常重要的，是通信双方必须遵循的规则和约定。因此，谁优先掌握了通信协议的标准，谁就能在这个科技化与信息化不断深入的大数据时代占据优先位置。华为长期以来在国际舞台上备受西方国家的打压和指责，然而，华为并未因此而退缩，反而凭借自身科技实力不断超越。在新时代，科技与创新是每一名理工科学子的历史使命，在讲授枯燥的通信协议的同时，引入华为突破5G芯片封锁的实例，不仅能够提高学生的课堂热情，同时加深学生对通信协议重要性的理解，更能培养学生不畏艰难、勇于战胜困难的创新精神，激发新时代下学生的爱国主义情怀。

三、课程思政融入方式

“微机系统与接口技术”课程本身难度较大，是通信类专业学生在本科期间面临的最难理解的几门专业课之一。在课程中贯穿思政元素是一个综合性的过程，其目的是让学生既能够生动形象地理解晦涩难懂的专业知识，又能在课程学习的过程中树立正确的世界观、人生观和价值观，这就要求教师在课堂上能够做到“四个相统一”，即坚持知识传授和价值引领相统一，坚持显性教育和隐性教育相统一，坚持统筹协调和分类指导相统一和坚持总结传承和创新探索相统一［4］。

（一）坚持知识传授和价值引领相统一

1.有效的教学设计。作为一名青年教师，初次接触这门课时通常会手足无措，因此，有效的教学设计是极其重要的。教师在进行专业课知识讲解之前，需要考虑这样的几个问题：首先，怎样的课堂编排能够将知识点连贯起来，从而不显得突兀；其次，融入怎样的案例能够极大地激发学生的兴趣，使学生能够集中精力听课；最后，设计怎样的环节可以加深学生的印象，从而最大限度地使学生掌握课程的重点与难点。教学设计在整个课程改革中都是必不可少的，也是青年教师在教学时必须重视的方法与途径。

2.富有激情的课堂讲解。首先，每次的课堂讲解应该是一次生动的演讲，声音洪亮且富有激情既是对学生的尊重，也是对自己的尊重。尤其是在引入课程案例的时候，更是需要通过语言的艺术来激发学生的情怀。其次，课堂讲解也应该像是一场辩论赛，所有的知识点都应该是有理有据的，通过引经据典，将每一个知识点都融会贯通地为学生进行讲解。

（二）坚持显性教育和隐性教育相统一

1.线上线下相结合。隐性教育是课程思政的一件有效的法宝，其强调的是潜移默化的教育。隐性教育是指在宏观主导下通过隐目的、无计划、间接、内隐的社会活动使受教育者不知不觉地受到影响的教育过程［5］。因此，仅通过课堂教学是不够的，线上与线下相结合可以使隐性教育在教学思政的过程中产生良好的效果。一方面，通过有效的线下教学实现与学生的沟通与交流，从而及时了解学生的各种需求；另一方面，通过丰富的线上教学实现学生学习的自由化，学生可以随时随地根据自身的需要进行知识点的查漏补缺。此外，观看线上丰富的思政资料也是塑造学生正确“三观”的有效途径。