數(shù)字化教學(xué)背景下的計算機組成原理課程思政改革探討

摘要：在“互聯(lián)網(wǎng)+”和AIGC時代背景下，數(shù)字化教學(xué)正成為高等教育改革的重要方向。計算機組成原理作為計算機類專業(yè)的核心課程，在數(shù)字化教學(xué)背景下亟須與課程思政深度融合，落實立德樹人任務(wù)。本文分析了當(dāng)前計算機組成原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀，探討課程思政改革的必要性，并提出“三維一體”的改革策略和具體教學(xué)案例，為計算機組成原理課程思政建設(shè)提供實踐參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化教學(xué)；計算機組成原理；課程思政；教學(xué)改革

中圖分類號：G424" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）19-0153-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標識碼（OSID）

0 引言

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是當(dāng)前高等教育改革的重要趨勢。教育部在《教育信息化2.0行動計劃》中明確提出，到2025年要基本實現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標，這一目標體系的提出，標志著我國教育信息化建設(shè)已從1.0時代的硬件配置和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，邁向2.0時代的深度應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展階段[1-2]。在此背景下，計算機組成原理作為一門理論性、工程性、技術(shù)性和實踐性都很強的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)改革面臨新的機遇與挑戰(zhàn)。

計算機組成以計算機內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)為主線，涵蓋數(shù)據(jù)表示、運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出系統(tǒng)等主要內(nèi)容，在計算機學(xué)科系列課程中處于承上啟下的作用。當(dāng)前西部高校在該課程教學(xué)中面臨三大挑戰(zhàn)：1） 數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)滯后，實驗設(shè)備陳舊且虛擬仿真平臺不足，難以滿足硬件實踐教學(xué)新需求；2） 教學(xué)方法仍以單向講授為主，數(shù)字化教學(xué)優(yōu)勢未充分發(fā)揮，學(xué)生參與度不足；3） 課程思政元素融入淺表化，存在專業(yè)教育與價值引領(lǐng)脫節(jié)問題，未能有效銜接計算機技術(shù)發(fā)展與國家戰(zhàn)略需求。根據(jù)教育部2020年《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求，須將價值塑造融入專業(yè)課程[3]。在當(dāng)前國際科技競爭背景下，推進思政教學(xué)改革具有雙重意義：通過融入國產(chǎn)處理器架構(gòu)、存儲技術(shù)等自主創(chuàng)新案例，強化學(xué)生攻克“卡脖子”技術(shù)的責(zé)任意識與科技自信；同時結(jié)合計算機系統(tǒng)設(shè)計中的倫理問題（如知識產(chǎn)權(quán)保護、技術(shù)安全），培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理素養(yǎng)。

1 課程思政改革的三大驅(qū)動力

計算機組成原理課程思政教學(xué)改革的需求源自多方面現(xiàn)實考量，主要包括：落實立德樹人根本任務(wù)的教育使命，順應(yīng)數(shù)字化教學(xué)發(fā)展的時代潮流，以及應(yīng)對新技術(shù)變革帶來的教學(xué)挑戰(zhàn)。這三個維度共同構(gòu)成了推動課程思政改革的動力系統(tǒng)。

1） 落實立德樹人根本任務(wù)

計算機組成原理作為計算機類專業(yè)核心課程，既傳授硬件知識，又承擔(dān)培養(yǎng)德才兼?zhèn)淙瞬诺碾p重使命[4-5]。當(dāng)前我國在芯片等核心技術(shù)領(lǐng)域雖取得突破，但與臺積電等國際領(lǐng)先企業(yè)在制程工藝、量產(chǎn)能力等方面仍存差距。為此，課程須實施思政教學(xué)改革：在講授體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)等知識時，有機融入自主創(chuàng)新元素——如在CPU設(shè)計原理中融入龍芯等國產(chǎn)芯片研發(fā)案例，強化科技報國意識；通過解析國產(chǎn)超算發(fā)展歷程，展現(xiàn)科學(xué)家貢獻以增強民族自豪感。通過價值引領(lǐng)與知識傳授融合的教學(xué)模式，培養(yǎng)兼具專業(yè)能力與家國情懷的計算機人才。

2） 適應(yīng)數(shù)字化教學(xué)發(fā)展趨勢

伴隨教育信息化2.0行動的持續(xù)推進，教學(xué)向數(shù)字化發(fā)展已成為高等教育教學(xué)改革的重要趨勢[6-7]。計算機組成原理課程的特點是理論性強、抽象概念多，傳統(tǒng)“填鴨式”的教學(xué)模式不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程思政改革助力，運用虛擬仿真、在線實驗平臺等數(shù)字化工具，創(chuàng)新教學(xué)模式。例如，依托頭歌虛擬實驗平臺開展CPU設(shè)計實踐，在提升學(xué)生工程實踐能力的同時，模擬國產(chǎn)芯片研發(fā)場景，強化創(chuàng)新意識；結(jié)合MOOC混合式教學(xué)，通過設(shè)置“科技倫理”“數(shù)據(jù)安全”等討論話題，引導(dǎo)學(xué)生探討技術(shù)與社會道德關(guān)系。數(shù)字化教學(xué)與思政教育的結(jié)合既可增強實踐效果，又能培育學(xué)生思想政治素養(yǎng)，通過線上線下融合的“場景化浸潤”模式（如基于虛擬仿真平臺的RISC-V芯片設(shè)計思政案例庫、AI大模型賦能的實時倫理決策沙盤） ，構(gòu)建“云實驗-實操作-深反思”的閉環(huán)培養(yǎng)鏈路，使開源協(xié)作、技術(shù)自主等價值觀在虛實交織的工程場景中具象化融入。

3） 應(yīng)對新技術(shù)挑戰(zhàn)

在人工智能與量子計算等新技術(shù)驅(qū)動下，計算機體系結(jié)構(gòu)面臨革新：AI芯片、存算一體等技術(shù)推動傳統(tǒng)知識體系更新；而ChatGPT等AIGC工具的普及引發(fā)學(xué)生過度依賴頂層應(yīng)用、忽視底層原理的“重應(yīng)用輕基礎(chǔ)”傾向。對此，課程思政改革需針對性布局：在新型架構(gòu)教學(xué)中融入原創(chuàng)性價值引導(dǎo)，實驗環(huán)節(jié)設(shè)置基于底層邏輯的實踐任務(wù)；針對AIGC工具引發(fā)的學(xué)術(shù)誠信風(fēng)險，開設(shè)“科技倫理與學(xué)術(shù)規(guī)范”研討。此類改革既助力學(xué)生把握技術(shù)趨勢，又能培育應(yīng)對變革所需的批判性思維與創(chuàng)新能力，為突破核心技術(shù)儲備人才。

2 “三維一體”改革策略

計算機組成原理課程知識體系主要由運算器、控制器、存儲器及輸入輸出（I/O）系統(tǒng)四大核心模塊構(gòu)成 。在AI與數(shù)字化教育快速發(fā)展的背景下，構(gòu)建智能教學(xué)系統(tǒng)成為深化課程思政改革的關(guān)鍵路徑。其一，基于DeepSeek算法構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)分析引擎，通過采集屏幕操作、語音交互及實驗時序等多模態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合動態(tài)知識圖譜進行認知診斷，實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的精準評估；其二，利用AIGC技術(shù)開發(fā)思政案例生成系統(tǒng)，自動生成具有時代特征的虛擬仿真實驗（如芯片設(shè)計倫理決策模擬） ，并搭建智能推薦平臺，依據(jù)學(xué)習(xí)路徑動態(tài)推送融合科技倫理等元素的教學(xué)資源?；贒eepSeek大模型與AIGC技術(shù)，系統(tǒng)既實現(xiàn)“千人千面”的智能導(dǎo)學(xué)，又通過沉浸式場景將價值觀融入教學(xué)全過程，為解決思政與專業(yè)教育脫節(jié)問題提供創(chuàng)新方案。

本課程教學(xué)目標嚴格依據(jù)教育部（2020） “知識-能力-價值”三維模型構(gòu)建：知識維度覆蓋邏輯門至完整計算機系統(tǒng)的硬件原理，重點包括算術(shù)邏輯單元電路實現(xiàn)、控制信號傳遞機制、存儲層次性能優(yōu)化及總線仲裁解決方案；能力維度著力培養(yǎng)計算機系統(tǒng)設(shè)計、硬件描述語言應(yīng)用、復(fù)雜工程問題解決及團隊協(xié)作等核心能力；價值維度通過龍芯CPU研發(fā)仿真、學(xué)習(xí)軌跡與國家戰(zhàn)略智能匹配等手段，激發(fā)科技報國使命感。課程以學(xué)生發(fā)展為中心，通過知識內(nèi)化→能力外顯→價值升華的進階路徑，培養(yǎng)符合“厚基礎(chǔ)、強實踐、重責(zé)任”要求的新時代信息技術(shù)人才。表1系統(tǒng)呈現(xiàn)了課程四大核心模塊對應(yīng)的三維一體化知識點體系。

3 基于RISC-V的思政教學(xué)案例

RISC-V作為首個全開源指令集架構(gòu)，其發(fā)展歷程體現(xiàn)了國際合作、自主產(chǎn)權(quán)的戰(zhàn)略價值和工程師責(zé)任擔(dān)當(dāng)。本案例以指令系統(tǒng)設(shè)計為依托，通過“技術(shù)溯源-價值解構(gòu)-實踐創(chuàng)新”三階段教學(xué)，將開源文化、工匠精神、科技報國等思政元素融入硬件設(shè)計課程，培養(yǎng)兼具全球視野和家國情懷的計算機人才。知識目標涵蓋RISC-V編碼規(guī)范、模塊化設(shè)計及性能優(yōu)化；能力目標聚焦處理器子系統(tǒng)設(shè)計及硬件語言工程應(yīng)用；價值目標強調(diào)理解開源技術(shù)貢獻、樹立芯片自主使命、培育工程倫理。表2具體呈現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容與思政元素的對應(yīng)關(guān)系。

為了實現(xiàn)教學(xué)改革措施的成效，亟須建立科學(xué)的評估體系。主要圍繞以下幾個方面進行評估：一是學(xué)生學(xué)習(xí)效果評估，包括專業(yè)知識掌握程度、實踐能力提升情況等；二是思政目標達成度評估，通過問卷調(diào)查、實時訪談等方式了解學(xué)生價值觀、社會責(zé)任感的樹立與提升情況；三是課程滿意度評估，主要收集學(xué)生在教學(xué)內(nèi)容、方法等方面的反饋意見，從而完成評估體系的閉環(huán)，達到系統(tǒng)評估效果，為后續(xù)教學(xué)提供豐富的實踐參考。

4 總結(jié)

數(shù)字化教學(xué)為計算機組成原理課程的思政改革提供了新的機遇和手段。通過構(gòu)建“三維一體”的教學(xué)改革策略，可以全面將價值塑造融入專業(yè)知識的教授，從而培養(yǎng)出更加符合新時代要求和國家戰(zhàn)略需求的信息技術(shù)人才。將人工智能大模型技術(shù)、RISC-V架構(gòu)與教育部課程思政建設(shè)綱要指導(dǎo)的雙重融合，有效提升課程的教學(xué)效果和育人價值。這些教學(xué)改革措施不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握專業(yè)知識體系，還能激發(fā)他們的創(chuàng)新潛力，塑造工程倫理意識，激發(fā)社會責(zé)任感，為培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞挠嬎銠C專業(yè)人才奠定良好的基礎(chǔ)。

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