數字邏輯設計相關課程思政建設探索與實踐

摘" 要：為應對當前電子信息領域的國際復雜局勢，自主培養具備卓越工程師能力的數字邏輯設計與芯片開發方面的高質量人才，亟需針對電子信息領域中的數字電路邏輯設計與驗證相關課程探索課程思政的理念與方案。該文從數字邏輯設計相關課程的理論與實踐教學經驗出發，以強化思政教育與培育工匠精神為主要目的，聚焦教學過程中的實驗環節，創新地提出國產化芯片替代的實驗教學新方案，探索數字邏輯設計相關課程的課程思政融入方案，從思政觀念、實驗教學內容、考核評價等多角度強調數字電路設計的國產化替代的重要性，為探索電子信息領域相關課程的課程思政建設提供理論與實踐參考。

關鍵詞：課程思政；改革對策；集成電路；數字邏輯設計；可編程邏輯門陣列

中圖分類號：G641" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）11-0023-05

Abstract： In order to cope with the current international complex situation in the field of electronic information and to independently cultivate high-quality talents in digital logic and chip development with the ability of excellent engineers， there is an urgent need to explore the concepts and programs of the ideological and political education related to the logic design and verification of digital circuits in the field of electronic information. Starting from the practical teaching experience of digital logic development related courses， this work focuses on the experimental link in the teaching process with the main purpose of strengthening the ideological and political education and cultivating the craftsman's spirit， and innovatively proposes a program of experimental teaching for the substitution of domestically produced chips， which explores the integration of the ideological and political education in the program of digital logic design related courses， and emphasizes the importance of the substitution of domestication of digital circuits in the design of digital circuits from the concept of the ideological and political education， the content of experimental teaching， and the assessment and evaluation， and so on. This study provides theoretical and practical reference value for exploring the ideological and political education in related courses in the field of electronic information.

Keywords： ideological and political education; reform strategy; integrated circuit; digital logic design; FPGA

近年來，隨著科技的迅猛發展，電子信息產業已逐漸成為國家經濟發展的重要支柱。為了推動電子信息產業的健康發展，培養具備高度專業素養和社會責任感的電子信息類人才，相關部門在高等教育領域出臺了一系列政策，強調在課程教學中融入思想政治教育。特別是《中共中央辦公廳 國務院辦公廳印發關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》中明確指出[1]，要全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量。此外，教育部還提出了“一二三四+N”的高等教育建設任務，其中“一”即把握一條主線，深入推進課程思政，把習近平新時代中國特色社會主義思想貫穿教育教學全過程。

在這一政策背景下，電子信息類課程思政建設顯得尤為重要[2-5]。首先，電子信息類課程建設有助于培養全面發展的電子信息類人才，電子信息類課程思政建設旨在將思想政治教育與專業知識教育相結合，使學生在掌握專業技能的同時，也能夠樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，成為具有社會責任感和創新精神的全面發展的人才。同時，電子信息類課程建設有助于推動電子信息產業的可持續發展，電子信息產業是國家經濟發展的重要支柱，培養具備高度專業素養和社會責任感的電子信息類人才對于推動產業的可持續發展具有重要意義。通過加強電子信息類課程的思政建設，可以幫助學生更好地理解電子信息產業對國家和社會的重要性，激發其為國家和社會作出貢獻的使命感。因此，高等教育不僅要注重知識的傳授和技能的訓練，更要注重學生的全面發展和綜合素質的提升，為培養高素質的人才提供有力支持。

蘇州大學電子信息學院（簡稱“本院”）成立于1987年，學院下設的通信工程專業在2016年通過中國工程教育認證、并于2019年入選國家級一流本科專業建設點。通信工程專業一直高度重視本科學生的實踐技能、綜合能力與社會主義價值觀的培養與塑造。在數字邏輯開發課程方面，目前已組建由3名教授、1名副教授和2名講師組成的課程教學團隊，包括VerilogHDL硬件描述語言和基于FPGA的系統設計等專業必修課程。在開展課程思政建設過程中，課程團隊通過借鑒先進經驗，結合本專業培養方案與課程體系，深入討論、積極探索，已將課程思政元素與理念融入到數字邏輯系統課程中，并取得了初步成效。

一" 數字邏輯開發相關課程與思政建設目標

數字邏輯開發相關課程是數字電路的銜接課程，屬于電子信息類的核心必修課程，主要包括VerilogHDL硬件描述語言和基于FPGA的系統設計。它們作為通信工程專業的必修課程，在學生的專業學習中占有舉足輕重的地位。課程要求學生必須掌握現場可編程門陣列FPGA的基本原理、設計方法和應用技術，為后續的學習和職業發展打下堅實的基礎。同時，課程內容不僅涉及通信工程專業的核心知識，還融合了計算機科學、電子工程、自動化等多個學科的內容。通過相關課程的學習，學生可以更好地理解不同學科之間的交叉融合，提高綜合應用能力[6-8]。

數字邏輯開發相關課程的主要特點可以歸納如下。①理論與實踐結合：課程內容不僅涉及數字邏輯器件的工作原理、設計規劃、系統實現等理論知識，還強調通過具體工程案例的教學方法，使學生能夠綜合運用所學知識，完成實物設計。②跨學科交叉性：作為電子科學與技術、通信工程、電子信息工程等電子與電氣信息類專業的專業課程之一，該課程要求學生掌握數字電路、單片機原理、硬件描述語言等跨學科知識。③實踐性強：課程要求學生使用相關EDA軟件和硬件平臺完成系統設計，通過實踐操作加深對理論知識的理解，提高解決實際問題的能力。

根據《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》中“加強課程思政建設，推動專業教育與思想政治教育相結合，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀”的指導思想[9]，針對以上課程思政建設推進要點，結合數字邏輯設計相關課程的特點，課程教學團隊擬定的數字邏輯設計與驗證相關課程的課程思政建設目標如下。

強化國家安全和自主創新意識：引導學生深入理解芯片國產化替代的重要性和緊迫性，強調自主創新和核心技術自主研發對國家安全和經濟發展的關鍵作用。通過案例分析，讓學生了解國內外芯片產業的發展差距，以及國產化替代在推動國家科技進步、保障國家安全中的戰略意義。

提升創新和實踐能力： 結合芯片國產化替代的實際需求，鼓勵學生參與FPGA系統設計項目，通過實踐操作和團隊合作，提升他們的實踐能力和創新思維。引導學生關注行業前沿技術和發展趨勢，鼓勵他們主動探索新技術、新方法，為國產化替代提供有力支持。

培養愛國主義精神和民族自豪感：引導學生認識到FPGA系統設計作為芯片產業的一部分，其國產化替代是實現國家科技自立自強、提升國際競爭力的重要途徑。培養學生的民族自豪感和自信心，激勵他們為國家的科技進步和產業發展貢獻自己的力量。

以上思政建設目標旨在將數字邏輯設計與驗證的相關課程與芯片國產化替代相結合，通過培養學生的國家安全意識、愛國主義精神、實踐能力和創新思維以及責任感和使命感，為國家的科技進步和產業發展培養高素質的專業人才。

二" 數字邏輯系統課程思政建設方案

（一）" 課程團隊建設與課程思政目標

堅持和加強黨對思政課建設的全面領導，完善思政課課程體系，創新教學方法手段，加強思政課教師隊伍建設，是深化新時代學校思想政治理論改革創新的關鍵[1]。作為銜接數字電路的后續課程體系，培養具有實踐動手能力的本科生，本院數字邏輯開發課程主要包括VerilogHDL硬件描述語言和基于FPGA的系統設計。目前數字邏輯開發課程的教學團隊由6名專任教師組成，包括教授3名、副教授1名、講師2名，團隊結構合理、年富力強，且科研方向均涉及通信系統中的數字電路邏輯設計與系統驗證，能夠很好實現科研與教學的相互促進。

針對數字邏輯設計相關課程開展課程思政建設，目標主要體現于三個方面：①增加實驗教學環節中的實際芯片設計與開發流程，培養學生的實踐動手能力；②拉通硬件描述語言與軟件設計語言的知識體系，培養學生在學科內的知識交叉能力與經驗；③在芯片國產化替代的趨勢驅動下，采用自主研發生產的FPGA芯片用于實踐教學，讓學生在實踐過程中形成對芯片國產化替代浪潮的直觀認知。

（二）" 課程思政元素與專業教學內容的融合方案

數字邏輯設計相關課程涵蓋了EDA軟件介紹、硬件描述語言介紹與語法講授、數字電路設計、FPGA系統驗證等理論與實踐教學環節。教學團隊在課程教學內容基礎上，結合電子信息類課程思政教學的主要特點，探索包括學科交叉、愛國情懷和實踐能力培養三個思政要素的融入方案。經過充分調研、討論，課程團隊形成的數字邏輯設計相關課程的課程思政與專業教學的融合內容體系見表1。

表1列出的數字邏輯設計課程大綱概要涵蓋了EDA軟件、硬件描述語言、FPGA驗證方法與基于國產FPGA芯片的PCIE傳輸的實驗教學，通過結合近年來國際芯片產業發展趨勢以及中美貿易摩擦等時情，在以上專業教學內容基礎上，適時引入國產化替代、學科交叉與知識牽引、實踐動手能力培養等核心思政元素，細化為以下三個思政要點。

1" 愛國主義情懷的培養

在科技飛速發展的今天，EDA軟件和芯片作為現代電子產業的基石，其重要性不言而喻。通過國產化替代的課程內容導入，學生不僅要學習EDA軟件的操作原理、芯片設計的技術細節，更要深刻理解這一技術背后的國家戰略意義，明白國產化替代不僅僅是一個技術挑戰，更是一個民族自強的歷史使命。同時，借助本院EE校企聯盟平臺，挖掘具有EDA與FPGA自主研發能力與平臺的公司，邀請從事EDA軟件和芯片研發工作的專家學者，分享他們的科研經歷和心得，讓學生更加直觀地感受到這一領域的挑戰和機遇。

2" 跨專業交叉學習實踐能力的培養

C語言作為軟件編程語言是本課程的前置課程，通過在課堂上引入軟件編程語言與硬件描述語言的知識遷移思路，有助于學生快速建立硬件編程語言的思維體系。在遷移過程中，首先要理解這兩種語言各自的工作抽象層次：C語言的編程思維可能更加關注算法和數據流，而VerilogHDL則需要更多的硬件思維，考慮并行性、時序和硬件資源的利用。在遷移時，可以嘗試將C語言中實現的算法轉化為VerilogHDL可以描述的硬件電路。從C語言到VerilogHDL的知識遷移需要深入理解兩種語言的特點和差異，并找到它們之間的共通點。通過抽象層次的理解、邏輯與算法的轉化、模塊化設計的應用、數據類型與內存管理的對應以及測試與驗證的借鑒等步驟，可以有效地實現知識的遷移和應用。

3" 從理論知識過渡到實踐能力的提升

通過理論與實踐相結合的教學模式，在理論教學中穿插實驗演示和案例分析，使學生能夠將理論知識與實際應用相結合。結合項目驅動的教學方法，以項目為導向讓學生在完成實際項目的過程中學習和掌握FPGA技術。課程中采用紫光同創的盤古FPGA開發板進行實驗教學，讓學生們感受到國產FPGA芯片替代現狀同時，通過完成基于HDMI接口的FPGA圖像傳輸項目，提升學生的實踐動手能力。另一方面，鼓勵學生參加競賽，組織學生參加各類FPGA相關的競賽活動，激發他們的創新精神和競爭意識。

三" 數字邏輯設計相關課程的課程思政具體組織實施、考評方式與效果

（一）" 具體組織實施案例

以2023春季VerilogHDL硬件描述語言為例，該課程中涉及到VerilogHDL語言的理論講授部分學時為36學時。結合蘇州大學未來校區較為先進的機房設施，以3人一組進行分組上機實驗。針對理論與實驗教學環節，課程思政的具體組織實施如下。

1" 結合EDA仿真軟件的理論教學

通過VIVADO的仿真功能，學生可以直觀地看到Verilog程序的運行結果，從而更好地理解程序的邏輯和功能。VIVADO平臺提供了一個完整的FPGA開發環境，學生可以在其中進行代碼編寫、仿真測試、硬件實現和調試等實際操作。這種實踐應用有助于學生將理論知識與實際應用相結合，提高學習效果。

在講述VerilogHDL語言中的時序邏輯電路的語言描述時，我們首先向學生介紹VerilogHDL的基本概念、語法規則和編程范式，通過PPT、示例代碼和互動討論，幫助學生建立對VerilogHDL的初步理解。我們選擇一個簡單的數字電路作為例子——一個LED閃爍控制器。圖1是一個簡單的步驟和示例代碼，用于在VIVADO環境中教授VerilogHDL的時序邏輯基礎知識。完成項目后，每個小組向全班展示他們的成果，并解釋項目的實現過程和遇到的問題。教師和其他小組對展示進行點評和討論，提出改進意見和建議。通過項目展示和討論，學生可以深入了解VerilogHDL在實際應用中的挑戰和解決方案。

2" 基于FPGA的HDMI圖像傳輸與處理實驗

在實驗教學環節中，使用國產化FPGA開發板進行HDMI圖像傳輸與處理的實驗教學，融入國產化替代和實踐能力培養的思政元素。各行各業對圖像處理的需求不斷增加，不同的應用場景可能需要多種不同的圖像處理算法，本作品將融合、去噪、縮放、拼接、旋轉、字符疊加與邊緣檢測等多種視頻圖像處理功能綜合在一起，可以促進不同圖像處理算法之間的技術交叉和創新，也能滿足用戶多樣化的需求。通過將多種圖像處理算法集成在一個硬件平臺上進行處理，可以節省成本和空間，減少數據傳輸和處理的開銷，還可以提供更大的靈活性和定制化能力，提高處理效率和性能。

實驗項目的整體工作流程如下，從攝像頭獲取的的數據經過圖像裁剪模塊（960*540）后臨時緩存到寫FIFO中，從電腦顯示屏通過HDMI接收和發送芯片獲取的數據經過雙線性插值縮小后臨時緩存到寫FIFO中，然后兩者拼接得到的數據在讀寫仲裁模塊的控制下寫入到DDR3中，得到4路拼接原始圖像的數據。需要顯示圖像時，圖像數據先從DDR3臨時儲存到讀FIFO中，然后顯示屏驅動模塊讀取FIFO中的數據，并將圖像顯示到顯示屏上。在DDR3中，將圖像數據按照從左到右、從上到下的順序儲存在一片連續地址的儲存區域內，方便突發讀寫傳輸。當按鍵按下時，會根據按鍵按下的情況調用對應的圖像處理模塊，從DDR3中讀取原始的圖像數據，經過相應的圖像處理后得到的數據在DDR3讀寫控制模塊和仲裁模塊的控制下儲存到讀FIFO中，在顯示驅動模塊的控制下在顯示屏上顯示對應的效果，其中經過縮放和旋轉模塊處理后得到的圖像數據會在讀寫仲裁模塊的控制下寫入DDR3中。當電腦通過網口輸入字符時，在經過字符顯示模塊的處理后，通過顯示屏驅動模塊在顯示屏上疊加輸入的字符。圖像處理模塊包括縮放、旋轉、拼接、亮度調節、色度調節、高斯濾波、邊緣檢測等，其中圖像拼接與縮放功能展示如圖2所示。

（二）" 課程思政目標完成度考評方式與效果

整體課程考核以期中理論考試、實驗結果展示及實驗報告形式來實施，比重分別為2∶2∶6，其中期末實驗報告的評分標準（百分制）包括基礎功能實現（60分）、國產芯片替代的進階使用（20分）以及創新功能實現（20分）。針對三個課程思政目標：①增加實驗教學環節中的實際芯片設計與開發流程，培養學生的實踐動手能力；②拉通硬件描述語言與軟件設計語言的知識體系，培養學生在學科內的知識交叉能力與經驗；③在芯片國產化替代的趨勢驅動下，采用自主研發生產的FPGA芯片用于實踐教學，讓學生在實踐過程中形成對芯片國產化替代浪潮的直觀認知。期末實驗報告評價與課程思政目標深度耦合，形成針對課程思政目標的量化評價體系。

經過期末報告評閱，全部學生通過課程考核，其中3組學生實現了基于按鍵控制的圖像切換的創新功能，具備較強的實踐創新能力。在數字邏輯設計教學中引入實驗教學，使學生能夠將理論知識應用于實際設計中。通過編寫Verilog代碼、進行仿真測試和實際硬件實現，學生更深入地理解和掌握FPGA的工作原理和設計流程。同時，學生在實踐中會接觸到各種設計技巧和優化方法，如流水線設計、并行處理等，從而提升了自己的設計能力。此外，通過在實驗教學中使用紫光同創FPGA開發板，深化學生們對芯片國產化替代重要性的認識，學生對本次課程的教學評價分數高達98.5分。綜上，本文針對數字邏輯設計相關課程提出的課程思政教學方案與組織實施案例，對培養具有愛國情懷的EDA軟件開發與芯片設計制備領域人才具有較高的參考價值。

四" 結束語

數字邏輯設計相關課程通常側重于技術、理論和實踐。然而，通過課程思政的探索與實踐，這不僅有助于學生理解科技在社會發展中的重要作用和影響，培養他們跨學科的思維能力和人文關懷，還能讓學生深入理解芯片國產化替代的重要性和緊迫性，強調自主創新和核心技術自主研發對國家安全和經濟發展的關鍵作用。通過數字邏輯系統設計的課程思政實踐，可以推動教育教學改革向更深層次發展。這包括教學方法、教學手段、教學內容等方面的創新和改進。同時，它也為其他專業課程的思政改革提供了有益的借鑒和啟示。

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