《嵌入式電子系統設計》課程思政教學案例設計

于紅旗，陳紹榮，張孝青，陳長林，宋兵

（1.國防科技大學 電子科學學院，湖南 長沙；2.湖南工業職業技術學院，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，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響[1]。專業課課程思政是近年來的一個研究熱點，初期存在的引導機制不夠完善、與思政課教師協作不夠、課程思政的標準尚未建立、對課程思政的重視度不夠、缺少課程思政的資源積累、對課程思政教學研究不夠等問題[2]也得到逐步的改善。大家普遍認為，理工科專業課的課程思政主要通過在知識內容中融入科學方法論、創新探索精神和在服務國家戰略中成就個人事業等思政內容來實現[3]。在專業課課程思政的教學方法上，特別是對于實踐性較強的課程，案例驅動式教學法和實踐教學法較為有效[4]。而在理工科專業課課程思政效果評估方面，有學者提出的兩種方式：課程思政學習過程性評價和課程思政學習成果內涵評價[5]，前者主要考核專業課程的科學素養和思維素養，后者主要考核思想政治素養。課程組結合近年來在課程思政研究課題中的積累[6]，對“嵌入式電子系統設計”的課程思政教學案例進行設計，期待同仁們的批評指正，共同達到傳道授業解惑、育人育才的有機統一。

二 《嵌入式電子系統設計》課程簡介

本課程面向電子類研究生，講授現代電子系統設計方法，培養學員的創新思維和創新實踐能力，通過課程使學生了解并掌握電子系統的基本構成、電子設計單元電路、系統設計方法等內容，提高學生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力，提高學生的綜合素質，培養創新精神。以信號在電子系統中的采集、傳輸、存儲、處理為主線，結合人機交互界面設計技術和電源、時鐘設計技術，系統講授電子系統組成單元及互聯、系統設計方法等。課程特色：（1）教學內容改革，主要通過結構式設計、多學科合作、個體化示范、社會性聯想來突出培育求真務實、實踐創新、精益求精的工匠精神，培養學生踏實嚴謹、耐心專注、吃苦耐勞、追求卓越等優秀品質。（2）教學方法改革，突出學生的主體地位、教師的主導作用，加大學生實踐能力、研究能力、創新能力、道德情操等關鍵目標培養。（3）教學模式改革，提高授課老師自身的教學技能和思政知識，優化教學方式，由僵硬范式轉為引導探究，由單向傳遞轉為雙向交流。在引導學生積極主動接受思想政治教育的同時，邊實踐邊思考，和學員共同擴展閱讀范圍、樹立正確的價值觀和方法論。

三 課程思政案例設計

（一）教學目標

1.價值目標

能簡述目前我國FPGA發展水平；能簡述我國芯片發展面臨的國內外環境。

2.知識目標

能簡述Zynq 系列FPGA的組成和開發流程；能簡述FPGA開發中的原語及其應用。

3.能力目標

能夠熟練運用FPGA開發中的原語；能使用Vivado開發環境進行FPGA項目開發。

（二）教學內容分析

1.課堂設計思路

運用BOPPPS授課手段，在導入階段，介紹瓦森納協議和我國的核高基計劃，引領同學了解國內外發展環境和國內大政方針。接下來介紹本次實驗課主要內容：Zynq FPGA及Vivado開發流程。針對Zynq這一對學生比較生疏的FPGA，講述其發展歷史、內部結構、開發流程，特別是介紹FPGA開發中原語的概念，結合Vivado集成開發環境，演示具體開發實踐。最后總結，驗證本次課教學效果。

2.教學重點

電子領域，我國所處的國際形勢以及國內的大政方針；Zynq FPGA開發流程；FPGA原語的概念及應用；Vivado開發流程。

3.教學難點

FPGA原語的概念及應用；Zynq FPGA開發流程。

4.對重點、難點的處理

（1）FPGA原語的概念，結合FPGA內部結構來展開闡述，指出FPGA原語能夠最為高效地調用FPGA內部資源，完成所需功能，結合實例演示其作用。

（2）Zynq FPGA內部可以完成所需要的軟硬件集成，追求了最大的包容性，將電子系統設計中的軟件開發流程和硬件開發流程集成到一起，過渡到Zynq FPGA的開發中。

（三）課堂組織與實施

1.教學過程

采用BOPPPS手段，整個課程分為導入、目標介紹、前測、參與式學習、后測、總結幾個階段。在導入階段，引入了瓦森納協議、核高基計劃，使學生了解國內外局勢，我國的發展策略，引領學員樹立起自力更生、自主創新、自強不息，自覺將個人發展與祖國發展緊密結合，投入到報效國家的滾滾洪流中。

接下來介紹如何學習本節內容，提醒大家特別要注意兩點：一是理論學習，扎實學習課本知識，善于探索課外知識。二是要注重實踐應用，將理論所學應用于實踐當中，實現電路原理圖設計、程序設計、程序調試與分析等，通過不斷訓練，培養正確思維與操作習慣，一絲不茍、精益求精。以此讓學員在腦海中回顧思政課程所學的“理論指導實踐”“理論與實踐相結合”等知識點，并“潤物細無聲”地培養學生工作習慣、工匠精神。

本節課的目標設計，將本次課教學目標劃分為知識目標：能簡述Zynq 系列FPGA的組成和開發流程；能簡述FPGA開發中的原語及其應用。價值目標：能簡述目前我國FPGA發展水平；能簡述我國芯片發展面臨的國內外環境。技能目標：能夠熟練運用FPGA開發中的原語；能使用Vivado開發環境進行FPGA項目開發。提示學生，帶著這些問題去學習。這里，將價值目標列出來，提示學生，不能僅僅聽一下故事，也要將這些價值目標知識點融會貫通。

接下來進行主體知識介紹，以Xilinx公司產品為例，列出其目前FPGA主流產品線，其中的國防級、宇航級等對我國都是禁運的，以此呼應前面提出的瓦森納協議。提出前測，測試大家對這些FPGA系列有多少了解。根據大家反饋結果，調整授課的側重點，基礎知識可以再進一步多一些講述。之后，介紹Zynq FPGA的發展歷程，通過分析其發展歷史背景，了解這一FPGA的預期應用目標，也指出，我們科研里面，可以通過這種方法了解學科和領域發展前景和發展重點，以此指導我們研究生的選題和科研工作選題。之后介紹Zynq FPGA的內部架構和開發流程。再介紹Vivado的開發流程，通過Vivado開發實踐，用實例的方式，指導學生掌握FPGA原語的基本概念和基本應用，以及FPGA項目的開發流程。其中，提示學生做FPGA開發，也需要了解FPGA內部硬件架構，這樣才能更好地、更高效地應用FPGA。以此也期望達到一個思政目標：只有徹底地了解一個事物，才能更好地運用它，提醒學生要具有工匠精神，要具有寬廣的知識面。

最后進行后測與總結。通過提問等方式，測試是否達到了本次課的預期目標，特別是思政目標，可以提醒學生在未來的職業規劃中，結合國家發展，制定目標。

2.教學方法

采用BOPPPS教學手段，將課程進行有機劃分，在不同的階段采用的教學方法有所差別。在導入階段，采用的是研討式教學方法，將國內外現狀拋出，引領學生討論，便于學生從思想上得到升華。在主體內容的Zynq FPGA發展歷史上，采用談話法，以語言為主傳遞信息，并引導學生思考為何會誕生這種架構的FPGA。在講述Zynq FPGA內部結構和開發流程中，會結合傳統軟硬件的開發流程來進行類比。在講述Vivado開發流程和FPGA原語的過程中，采用演示法和實驗法，引導學生通過實踐掌握知識，并達到教學目標。

3.教學活動設計

總體采用任務型教學活動，在課程開始，通過設定教學目標，引領學生完成各個任務。由于采用BOPPPS模式對課堂進行組織，在不同階段采用的教學活動有所差異。在導入階段，采用探究型教學活動，探究電子行業國內外局勢、國內大政方針，探究國內外發展趨勢，思考如何解決問題。在主體教學內容方面，采用合作學習教學活動，鼓勵大家交流提問，提高課堂活躍度。在Vivado開發流程和FPGA原語知識環節，通過實驗演示，進行體驗式教學活動，通過大家實際實驗，進行參與式教學活動。在后測和總結階段，進行反思性教學活動，不僅是學生，授課老師也進行反思，一是反思是否達到了教學目標，二是反思課堂中存在的不足以及改進方向。

4.課程思政理念及分析

（1）與課程相關的電子行業的國際形勢和國家政策的了解。在導入階段，拋出瓦森納協議，使學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。引導學生樹立自力更生、自主創新的理念，并通過引導學生未來職業規劃，自覺將個人與國家結合起來。

（2）“唯物辯證法”在課堂學習方法中的體現。通過理論與實踐相結合、理論聯系實際等具體思政課程中所學的哲學方法，來形成如何學好本節課這一話題，使學生學會哲學方法的具體應用。

（3）探究如何短時間了解行業發展動態、學習論文選題方法。通過介紹Zynq FPGA架構的發展歷史，Xilinx敏銳地把握了發展前景，成功推出了Zynq FPGA。啟發大家，多參加行業論壇和學術會議，可以很快掌握行業發展現狀和前景，進而規劃自己的論文選題，并結合目前發展現狀，為鞏固國防做出貢獻。

（四）教學效果分析

通過本次授課，學生能夠了解電子產業方面我國面臨的國際形勢和國家的大政方針，引導學生樹立起自力更生、自強不息的精神，自覺把個人發展與國家發展緊密聯系起來。通過講述，學生了解到FPGA原語的基本概念，掌握其基本應用，對Zynq FPGA的基本概念和內部結構、開發流程有了初步都認識，對Vivado的開發實踐有了初步的嘗試。培養了學生獲取信息、論文選題等方面的能力。達到了預期的教學目標。

四 結語

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