《單片機原理及應(yīng)用》課程思政的實踐探索
——以“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)”知識點講解為例

尚 任

(吉林化工學(xué)院 航空工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

《單片機原理及應(yīng)用》課程是本科及高職院校電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個電類專業(yè)課程體系建設(shè)中處于承上啟下的核心地位[1]?！秵纹瑱C原理及應(yīng)用》課程的特點是理論學(xué)習(xí)和實踐操作結(jié)合得非常緊密，理論知識的學(xué)習(xí)是實踐操作的基礎(chǔ)，起到指導(dǎo)作用，而實踐操作是理論學(xué)習(xí)的鞏固和必要補充。我院針對航空電氣類高職專業(yè)學(xué)生開設(shè)《單片機原理及應(yīng)用》必修課程，在這門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課中融入課程思政元素，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、實現(xiàn)培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人的課程育人目標(biāo)有重要意義。

近年來，為響應(yīng)習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話精神，國內(nèi)各個高校的課程思政建設(shè)如火如荼地展開。現(xiàn)有的對單片機類課程的課程思政建設(shè)主要從理論和實踐兩個方面入手。在課堂教學(xué)過程中，通過介紹單片機的發(fā)展史[2-3]、發(fā)展趨勢[4-5]、代表人物[6]、應(yīng)用等，激發(fā)學(xué)生家國情懷、樹立遠大理想，發(fā)揮榜樣的力量，為我國芯片事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。在實驗課程和實訓(xùn)課程中，通過安全教育[7-9]，弘揚紀(jì)律意識與責(zé)任意識；在指導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件或單片機開發(fā)板進行編程和電路設(shè)計過程中，弘揚工匠精神、科學(xué)精神、鉆研精神[10-11]等。

但是已有的大多數(shù)單片機相關(guān)課程的思政建設(shè)存在一些問題，主要表現(xiàn)為以下四點：一是理論部分大多重點圍繞單片機的中斷系統(tǒng)、定時器工作模式等知識內(nèi)容進行思政元素融入，對于單片機硬件結(jié)構(gòu)中單片機的三大主要組成部分(CPU、存儲器和IO口)本身的思政元素挖掘較少；二是對于由單片機的發(fā)展史、發(fā)展趨勢、代表人物、應(yīng)用等引發(fā)的思政元素融入主要是針對單片機整體課程而言的，與知識點聯(lián)系不夠緊密；三是對于單片機課程思政的總體建設(shè)思路較多，對于一個小節(jié)或一個知識點的具體設(shè)計較少；四是對于挖掘理工科課程普遍適用的思政元素較多，對于突出單片機課程特點的思政研究較少。

對單片機三大組成部分之一的存儲器對其結(jié)構(gòu)進行課程思政的實踐與探索，與知識點緊密結(jié)合，進行詳細、完整課程思政的具體設(shè)計，突出單片機課程特色，為單片機類課程線上及線下教學(xué)的課程思政建設(shè)拓寬思路，具有較強的創(chuàng)新性和借鑒意義。

一、課程思政的設(shè)計思路

高等學(xué)校課程思政建設(shè)的實現(xiàn)路徑與策略應(yīng)堅持實事求是的原則，并不是課程每節(jié)課都有思政，而是要探微索隱、力求創(chuàng)新，切忌生搬硬套、喧賓奪主。在認真學(xué)習(xí)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》后，逐漸形成了《單片機原理及應(yīng)用》課程的思政設(shè)計思路：首先，針對課程理論與實踐結(jié)合十分緊密的特點，選擇合適的知識點或章節(jié)融入課程思政元素；明確教學(xué)目標(biāo)，包括知識教學(xué)目標(biāo)、能力培養(yǎng)目標(biāo)和課程思政目標(biāo)，為量化教學(xué)效果提供依據(jù)；圍繞知識點進行教學(xué)設(shè)計，讓思政為課程服務(wù)，在保證育才功能的前提下，起到育人的作用；實施教學(xué)設(shè)計，對照教學(xué)目標(biāo)評價教學(xué)效果，并結(jié)合線上與線下教學(xué)中學(xué)生的反饋，不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，最終形成較為成熟的課程思政教學(xué)案例。課程思政設(shè)計思路流程圖如圖1所示。

圖1 課程思政的設(shè)計思路

二、思政設(shè)計思路的具體實施

(一)教學(xué)內(nèi)容的選取與思政素材的挖掘

《單片機原理及應(yīng)用》是一門理論學(xué)習(xí)和實踐操作結(jié)合得非常緊密的課程。在理論知識學(xué)習(xí)中，單片機的三大組成部分是核心知識點，在課程的各個章節(jié)均有提及，而存儲器是單片機三大重要組成部分之一，其結(jié)構(gòu)是決定單片機實踐適用性的重要因素之一。將“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)”這一知識點融入課程思政，既可使學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，發(fā)揮育才作用，又豐富了原本枯燥的知識點的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)” 這一知識點的重點是掌握單片機三種存儲器結(jié)構(gòu)(哈佛結(jié)構(gòu)、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)以及兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合)的特點，尤其是改進的哈佛結(jié)構(gòu)的特點，難點是通過分析單片機三種存儲器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，找出各自的適用范圍。從重點和難點入手，可挖掘很多思政素材。一是可發(fā)揮知識點的理論指導(dǎo)作用，使學(xué)生建立起大局意識，利用理論知識分析單片機資源，合理利用資源，然后再進行系統(tǒng)設(shè)計并完成功能實現(xiàn)；二是可利用知識點特有的歷史背景，如介紹單片機存儲器結(jié)構(gòu)名字的由來，引導(dǎo)學(xué)生將偉大的科學(xué)家作為榜樣，又如通過單片機存儲器結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程，弘揚科學(xué)思維與敢為人先的創(chuàng)新精神等；三是可結(jié)合芯片熱點話題，將知識點的外延進行拓展，可討論國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展形勢，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，引導(dǎo)學(xué)生將自己的職業(yè)規(guī)劃與祖國建設(shè)結(jié)合在一起。

(二)將課程思政融入教學(xué)目標(biāo)

將課程思政目標(biāo)加入教學(xué)目標(biāo)中，可量化教學(xué)效果，是在教學(xué)設(shè)計中實現(xiàn)課程思政元素與專業(yè)課知識有效融合的前提。以“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)”知識點為例，教學(xué)目標(biāo)包括三個部分：知識教學(xué)目標(biāo)、能力培養(yǎng)目標(biāo)和課程思政目標(biāo)。

知識教學(xué)目標(biāo)是掌握單片機三種存儲器結(jié)構(gòu)(哈佛結(jié)構(gòu)、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)以及兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合)的特點；理解記憶AT89S51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)圖(改進型哈佛結(jié)構(gòu))，掌握該型號單片機數(shù)據(jù)存儲器RAM和程序存儲器ROM的容量大小、物理地址范圍、內(nèi)外部選擇方法等。能力培養(yǎng)目標(biāo)主要有兩點：通過對單片機的存儲器結(jié)構(gòu)進行對比與歸納，使學(xué)生建立對單片機存儲器結(jié)構(gòu)的整體認識；能夠在實際應(yīng)用中，根據(jù)單片機不同存儲器結(jié)構(gòu)的特點，選擇合適的存儲器結(jié)構(gòu)。課程思政目標(biāo)是在課程知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)教學(xué)基礎(chǔ)上，緊緊圍繞立德樹人這一根本要務(wù)，將挖掘的課程思政素材融入教學(xué)設(shè)計中，實現(xiàn)培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人相對應(yīng)的課程育人目標(biāo)。知識教學(xué)、能力培養(yǎng)和課程思政三個方面目標(biāo)構(gòu)成了一個完整的教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)設(shè)計與實施環(huán)節(jié)起到提綱挈領(lǐng)的作用。

(三)將課程思政融入教學(xué)設(shè)計

在教學(xué)設(shè)計部分，在保證知識量的前提下，將挖掘的課程思政素材與理論知識點內(nèi)容有機結(jié)合起來，做到“潤物細無聲”。以“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)”知識點講解為例，按照時間線，教學(xué)設(shè)計主要包含課程導(dǎo)入、課程講授和課程小結(jié)三個部分。

在課程導(dǎo)入部分，為了自然地引入芯片熱點話題與愛國思政元素，可將單片機的發(fā)明史與中國集成電路起步的介紹作為鋪墊，讓學(xué)生了解我國半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展的前世今生，對整個行業(yè)有一個清晰的整體認識，具體課件如圖2所示，回顧單片機的定義、組成與由來，結(jié)合單片機硬件結(jié)構(gòu)總體框圖，導(dǎo)入本節(jié)課的新授內(nèi)容，達到承上啟下的目的。

圖2 課程導(dǎo)入部分融入課程思政元素

在課程講授部分，在教學(xué)設(shè)計中需盡可能地將課程思政素材有效融入，具體設(shè)計如下。

(1)介紹存儲器結(jié)構(gòu)名字——哈佛結(jié)構(gòu)與馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的由來，講述“計算機科學(xué)之父”圖靈以及“現(xiàn)代計算機之父”馮·諾依曼的生平，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確典范，學(xué)習(xí)偉大科學(xué)家博思、博覽、博學(xué)、博問的求實精神，并發(fā)揮榜樣的力量，讓科學(xué)家、學(xué)者、大師的追求卓越、精益求精的工匠品質(zhì)點亮人生，具體課件如圖3所示。

圖3 知識點講授部分講述科學(xué)家生平

(2)按照三種存儲器結(jié)構(gòu)提出時間的先后順序，講授三種結(jié)構(gòu)的特點，包括詳細介紹哈佛結(jié)構(gòu)和改進型哈佛結(jié)構(gòu)的特點、優(yōu)缺點及適用范圍，重點講授采用改進型哈佛結(jié)構(gòu)的AT89S51單片機存儲器結(jié)構(gòu)圖；講授馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的特點、優(yōu)缺點及適用范圍；介紹哈佛結(jié)構(gòu)與馮·諾依曼結(jié)構(gòu)結(jié)合的存儲器結(jié)構(gòu)特點。讓學(xué)生在課上掌握知識點，能夠分析和歸納三種存儲器結(jié)構(gòu)的特點，在實際應(yīng)用中選擇合適的存儲器結(jié)構(gòu)，使學(xué)生建立起大局意識；并且引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分析不同存儲器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因，使學(xué)生建立起提出問題-解決問題的科學(xué)思維，弘揚創(chuàng)新精神。

(3)對知識點的外延進行拓展，介紹芯片制造流程，介紹芯片制造重要設(shè)備——光刻機，讓學(xué)生體會到芯片制造的技術(shù)難度，弘揚工匠精神、攻堅克難精神；與課程導(dǎo)入部分單片機的發(fā)明史與中國集成電路起步的介紹相呼應(yīng)，介紹我國半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，主要介紹華為海思與中芯國際合作取得的國產(chǎn)芯片的最新突破，鼓勵學(xué)生肩負起科技強國的責(zé)任，將愛國情懷化作報國之志，在國家的快速發(fā)展中實現(xiàn)自己的人生價值，為我國芯片事業(yè)貢獻力量。具體課件如圖4所示。

圖4 知識點講授部分講述單片機制造過程與我國行業(yè)領(lǐng)域進展

在課程小結(jié)中，在總結(jié)課堂的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量保持知識點與相關(guān)思政元素的話題熱度。首先，同學(xué)生一起回顧課程內(nèi)容；然后，結(jié)合課程的重點與難點，布置課后拓展作業(yè)，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)思維。以本節(jié)課來說，作業(yè)是要求學(xué)生課后根據(jù)單片機三種存儲器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，找出不同結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用實例；最后，在線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)起“我的中國芯”、讀偉大科學(xué)家傳記等課程思政相關(guān)話題討論，將思政育人的功能延續(xù)到線上教學(xué)中。

(四)課程思政效果的提升

作為《單片機原理及應(yīng)用》課程組的任課教師，每年都有一至兩輪的課程教學(xué)，有充足的實踐機會檢驗課程思政思路與具體設(shè)計在實際教學(xué)中的效果。在線上與線下教學(xué)中，通過與學(xué)生互動、收集反饋信息等，不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，逐漸形成較為成熟的課程思政教學(xué)案例。并且注重平時積累，多學(xué)習(xí)和借鑒優(yōu)秀課程思政案例，豐富課程思政素材，從而達到“潤物細無聲”教學(xué)亦育人的境界，促使學(xué)生在專業(yè)知識和思想道德的協(xié)同提升，實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合的課程目標(biāo)。

三、結(jié) 語

以“單片機的存儲器結(jié)構(gòu)”小節(jié)為例，結(jié)合知識點的講解，將《單片機原理及應(yīng)用》高職課程的課程思政建設(shè)在具體實例中展開，教學(xué)目標(biāo)將知識傳授、能力培養(yǎng)與價值引領(lǐng)進行有機整合，并在教學(xué)設(shè)計中巧妙地引入了大國工匠、科學(xué)家精神和社會主義核心價值觀等思政元素，提高了課程教學(xué)質(zhì)量，提升了育人功效，對單片機類課程線上及線下教學(xué)的課程思政建設(shè)的具體實施具有一定的參考價值。