《嵌入式電子系統(tǒng)設(shè)計》課程思政教學(xué)案例設(shè)計

于紅旗，陳紹榮，張孝青，陳長林，宋兵

（1.國防科技大學(xué) 電子科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙；2.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙）

一 引言

課程思政主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識、價值理念以及精神追求等融入到各門課程中去，潛移默化地對學(xué)生的思想意識、行為舉止產(chǎn)生影響[1]。專業(yè)課課程思政是近年來的一個研究熱點，初期存在的引導(dǎo)機(jī)制不夠完善、與思政課教師協(xié)作不夠、課程思政的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立、對課程思政的重視度不夠、缺少課程思政的資源積累、對課程思政教學(xué)研究不夠等問題[2]也得到逐步的改善。大家普遍認(rèn)為，理工科專業(yè)課的課程思政主要通過在知識內(nèi)容中融入科學(xué)方法論、創(chuàng)新探索精神和在服務(wù)國家戰(zhàn)略中成就個人事業(yè)等思政內(nèi)容來實現(xiàn)[3]。在專業(yè)課課程思政的教學(xué)方法上，特別是對于實踐性較強(qiáng)的課程，案例驅(qū)動式教學(xué)法和實踐教學(xué)法較為有效[4]。而在理工科專業(yè)課課程思政效果評估方面，有學(xué)者提出的兩種方式：課程思政學(xué)習(xí)過程性評價和課程思政學(xué)習(xí)成果內(nèi)涵評價[5]，前者主要考核專業(yè)課程的科學(xué)素養(yǎng)和思維素養(yǎng)，后者主要考核思想政治素養(yǎng)。課程組結(jié)合近年來在課程思政研究課題中的積累[6]，對“嵌入式電子系統(tǒng)設(shè)計”的課程思政教學(xué)案例進(jìn)行設(shè)計，期待同仁們的批評指正，共同達(dá)到傳道授業(yè)解惑、育人育才的有機(jī)統(tǒng)一。

二 《嵌入式電子系統(tǒng)設(shè)計》課程簡介

本課程面向電子類研究生，講授現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力，通過課程使學(xué)生了解并掌握電子系統(tǒng)的基本構(gòu)成、電子設(shè)計單元電路、系統(tǒng)設(shè)計方法等內(nèi)容，提高學(xué)生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。以信號在電子系統(tǒng)中的采集、傳輸、存儲、處理為主線，結(jié)合人機(jī)交互界面設(shè)計技術(shù)和電源、時鐘設(shè)計技術(shù)，系統(tǒng)講授電子系統(tǒng)組成單元及互聯(lián)、系統(tǒng)設(shè)計方法等。課程特色：（1）教學(xué)內(nèi)容改革，主要通過結(jié)構(gòu)式設(shè)計、多學(xué)科合作、個體化示范、社會性聯(lián)想來突出培育求真務(wù)實、實踐創(chuàng)新、精益求精的工匠精神，培養(yǎng)學(xué)生踏實嚴(yán)謹(jǐn)、耐心專注、吃苦耐勞、追求卓越等優(yōu)秀品質(zhì)。（2）教學(xué)方法改革，突出學(xué)生的主體地位、教師的主導(dǎo)作用，加大學(xué)生實踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力、道德情操等關(guān)鍵目標(biāo)培養(yǎng)。（3）教學(xué)模式改革，提高授課老師自身的教學(xué)技能和思政知識，優(yōu)化教學(xué)方式，由僵硬范式轉(zhuǎn)為引導(dǎo)探究，由單向傳遞轉(zhuǎn)為雙向交流。在引導(dǎo)學(xué)生積極主動接受思想政治教育的同時，邊實踐邊思考，和學(xué)員共同擴(kuò)展閱讀范圍、樹立正確的價值觀和方法論。

三 課程思政案例設(shè)計

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.價值目標(biāo)

能簡述目前我國FPGA發(fā)展水平；能簡述我國芯片發(fā)展面臨的國內(nèi)外環(huán)境。

2.知識目標(biāo)

能簡述Zynq 系列FPGA的組成和開發(fā)流程；能簡述FPGA開發(fā)中的原語及其應(yīng)用。

3.能力目標(biāo)

能夠熟練運用FPGA開發(fā)中的原語；能使用Vivado開發(fā)環(huán)境進(jìn)行FPGA項目開發(fā)。

（二）教學(xué)內(nèi)容分析

1.課堂設(shè)計思路

運用BOPPPS授課手段，在導(dǎo)入階段，介紹瓦森納協(xié)議和我國的核高基計劃，引領(lǐng)同學(xué)了解國內(nèi)外發(fā)展環(huán)境和國內(nèi)大政方針。接下來介紹本次實驗課主要內(nèi)容：Zynq FPGA及Vivado開發(fā)流程。針對Zynq這一對學(xué)生比較生疏的FPGA，講述其發(fā)展歷史、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、開發(fā)流程，特別是介紹FPGA開發(fā)中原語的概念，結(jié)合Vivado集成開發(fā)環(huán)境，演示具體開發(fā)實踐。最后總結(jié)，驗證本次課教學(xué)效果。

2.教學(xué)重點

電子領(lǐng)域，我國所處的國際形勢以及國內(nèi)的大政方針；Zynq FPGA開發(fā)流程；FPGA原語的概念及應(yīng)用；Vivado開發(fā)流程。

3.教學(xué)難點

FPGA原語的概念及應(yīng)用；Zynq FPGA開發(fā)流程。

4.對重點、難點的處理

（1）FPGA原語的概念，結(jié)合FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)來展開闡述，指出FPGA原語能夠最為高效地調(diào)用FPGA內(nèi)部資源，完成所需功能，結(jié)合實例演示其作用。

（2）Zynq FPGA內(nèi)部可以完成所需要的軟硬件集成，追求了最大的包容性，將電子系統(tǒng)設(shè)計中的軟件開發(fā)流程和硬件開發(fā)流程集成到一起，過渡到Zynq FPGA的開發(fā)中。

（三）課堂組織與實施

1.教學(xué)過程

采用BOPPPS手段，整個課程分為導(dǎo)入、目標(biāo)介紹、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測、總結(jié)幾個階段。在導(dǎo)入階段，引入了瓦森納協(xié)議、核高基計劃，使學(xué)生了解國內(nèi)外局勢，我國的發(fā)展策略，引領(lǐng)學(xué)員樹立起自力更生、自主創(chuàng)新、自強(qiáng)不息，自覺將個人發(fā)展與祖國發(fā)展緊密結(jié)合，投入到報效國家的滾滾洪流中。

接下來介紹如何學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，提醒大家特別要注意兩點：一是理論學(xué)習(xí)，扎實學(xué)習(xí)課本知識，善于探索課外知識。二是要注重實踐應(yīng)用，將理論所學(xué)應(yīng)用于實踐當(dāng)中，實現(xiàn)電路原理圖設(shè)計、程序設(shè)計、程序調(diào)試與分析等，通過不斷訓(xùn)練，培養(yǎng)正確思維與操作習(xí)慣，一絲不茍、精益求精。以此讓學(xué)員在腦海中回顧思政課程所學(xué)的“理論指導(dǎo)實踐”“理論與實踐相結(jié)合”等知識點，并“潤物細(xì)無聲”地培養(yǎng)學(xué)生工作習(xí)慣、工匠精神。

本節(jié)課的目標(biāo)設(shè)計，將本次課教學(xué)目標(biāo)劃分為知識目標(biāo)：能簡述Zynq 系列FPGA的組成和開發(fā)流程；能簡述FPGA開發(fā)中的原語及其應(yīng)用。價值目標(biāo)：能簡述目前我國FPGA發(fā)展水平；能簡述我國芯片發(fā)展面臨的國內(nèi)外環(huán)境。技能目標(biāo)：能夠熟練運用FPGA開發(fā)中的原語；能使用Vivado開發(fā)環(huán)境進(jìn)行FPGA項目開發(fā)。提示學(xué)生，帶著這些問題去學(xué)習(xí)。這里，將價值目標(biāo)列出來，提示學(xué)生，不能僅僅聽一下故事，也要將這些價值目標(biāo)知識點融會貫通。

接下來進(jìn)行主體知識介紹，以Xilinx公司產(chǎn)品為例，列出其目前FPGA主流產(chǎn)品線，其中的國防級、宇航級等對我國都是禁運的，以此呼應(yīng)前面提出的瓦森納協(xié)議。提出前測，測試大家對這些FPGA系列有多少了解。根據(jù)大家反饋結(jié)果，調(diào)整授課的側(cè)重點，基礎(chǔ)知識可以再進(jìn)一步多一些講述。之后，介紹Zynq FPGA的發(fā)展歷程，通過分析其發(fā)展歷史背景，了解這一FPGA的預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)，也指出，我們科研里面，可以通過這種方法了解學(xué)科和領(lǐng)域發(fā)展前景和發(fā)展重點，以此指導(dǎo)我們研究生的選題和科研工作選題。之后介紹Zynq FPGA的內(nèi)部架構(gòu)和開發(fā)流程。再介紹Vivado的開發(fā)流程，通過Vivado開發(fā)實踐，用實例的方式，指導(dǎo)學(xué)生掌握FPGA原語的基本概念和基本應(yīng)用，以及FPGA項目的開發(fā)流程。其中，提示學(xué)生做FPGA開發(fā)，也需要了解FPGA內(nèi)部硬件架構(gòu)，這樣才能更好地、更高效地應(yīng)用FPGA。以此也期望達(dá)到一個思政目標(biāo)：只有徹底地了解一個事物，才能更好地運用它，提醒學(xué)生要具有工匠精神，要具有寬廣的知識面。

最后進(jìn)行后測與總結(jié)。通過提問等方式，測試是否達(dá)到了本次課的預(yù)期目標(biāo)，特別是思政目標(biāo)，可以提醒學(xué)生在未來的職業(yè)規(guī)劃中，結(jié)合國家發(fā)展，制定目標(biāo)。

2.教學(xué)方法

采用BOPPPS教學(xué)手段，將課程進(jìn)行有機(jī)劃分，在不同的階段采用的教學(xué)方法有所差別。在導(dǎo)入階段，采用的是研討式教學(xué)方法，將國內(nèi)外現(xiàn)狀拋出，引領(lǐng)學(xué)生討論，便于學(xué)生從思想上得到升華。在主體內(nèi)容的Zynq FPGA發(fā)展歷史上，采用談話法，以語言為主傳遞信息，并引導(dǎo)學(xué)生思考為何會誕生這種架構(gòu)的FPGA。在講述Zynq FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程中，會結(jié)合傳統(tǒng)軟硬件的開發(fā)流程來進(jìn)行類比。在講述Vivado開發(fā)流程和FPGA原語的過程中，采用演示法和實驗法，引導(dǎo)學(xué)生通過實踐掌握知識，并達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

3.教學(xué)活動設(shè)計

總體采用任務(wù)型教學(xué)活動，在課程開始，通過設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，引領(lǐng)學(xué)生完成各個任務(wù)。由于采用BOPPPS模式對課堂進(jìn)行組織，在不同階段采用的教學(xué)活動有所差異。在導(dǎo)入階段，采用探究型教學(xué)活動，探究電子行業(yè)國內(nèi)外局勢、國內(nèi)大政方針，探究國內(nèi)外發(fā)展趨勢，思考如何解決問題。在主體教學(xué)內(nèi)容方面，采用合作學(xué)習(xí)教學(xué)活動，鼓勵大家交流提問，提高課堂活躍度。在Vivado開發(fā)流程和FPGA原語知識環(huán)節(jié)，通過實驗演示，進(jìn)行體驗式教學(xué)活動，通過大家實際實驗，進(jìn)行參與式教學(xué)活動。在后測和總結(jié)階段，進(jìn)行反思性教學(xué)活動，不僅是學(xué)生，授課老師也進(jìn)行反思，一是反思是否達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)，二是反思課堂中存在的不足以及改進(jìn)方向。

4.課程思政理念及分析

（1）與課程相關(guān)的電子行業(yè)的國際形勢和國家政策的了解。在導(dǎo)入階段，拋出瓦森納協(xié)議，使學(xué)生深入了解國家面臨的局勢，了解國家所做的自主可控道路。引導(dǎo)學(xué)生樹立自力更生、自主創(chuàng)新的理念，并通過引導(dǎo)學(xué)生未來職業(yè)規(guī)劃，自覺將個人與國家結(jié)合起來。

（2）“唯物辯證法”在課堂學(xué)習(xí)方法中的體現(xiàn)。通過理論與實踐相結(jié)合、理論聯(lián)系實際等具體思政課程中所學(xué)的哲學(xué)方法，來形成如何學(xué)好本節(jié)課這一話題，使學(xué)生學(xué)會哲學(xué)方法的具體應(yīng)用。

（3）探究如何短時間了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)、學(xué)習(xí)論文選題方法。通過介紹Zynq FPGA架構(gòu)的發(fā)展歷史，Xilinx敏銳地把握了發(fā)展前景，成功推出了Zynq FPGA。啟發(fā)大家，多參加行業(yè)論壇和學(xué)術(shù)會議，可以很快掌握行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和前景，進(jìn)而規(guī)劃自己的論文選題，并結(jié)合目前發(fā)展現(xiàn)狀，為鞏固國防做出貢獻(xiàn)。

（四）教學(xué)效果分析

通過本次授課，學(xué)生能夠了解電子產(chǎn)業(yè)方面我國面臨的國際形勢和國家的大政方針，引導(dǎo)學(xué)生樹立起自力更生、自強(qiáng)不息的精神，自覺把個人發(fā)展與國家發(fā)展緊密聯(lián)系起來。通過講述，學(xué)生了解到FPGA原語的基本概念，掌握其基本應(yīng)用，對Zynq FPGA的基本概念和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、開發(fā)流程有了初步都認(rèn)識，對Vivado的開發(fā)實踐有了初步的嘗試。培養(yǎng)了學(xué)生獲取信息、論文選題等方面的能力。達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

四 結(jié)語

專業(yè)課課程思政的實施，不僅活躍了課堂氣氛，也能提升授課效果。學(xué)生不僅能更好地獲得知識，更能獲得科學(xué)思維和科學(xué)方法論方面的培養(yǎng)，思想政治方面也潛移默化地受到教育。專業(yè)課程教學(xué)案例的建設(shè)沒有固定標(biāo)準(zhǔn)，我們也僅對“嵌入式電子系統(tǒng)設(shè)計”這門課中的一節(jié)課進(jìn)行了課程思政教學(xué)案例的嘗試，也希望得到大家的批評指正，共同做好“立德樹人”。