數字化教學背景下的計算機組成原理課程思政改革探討

摘要：在“互聯網+”和AIGC時代背景下，數字化教學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的核心課程，在數字化教學背景下亟須與課程思政深度融合，落實立德樹人任務。本文分析了當前計算機組成原理課程的教學現狀，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案例，為計算機組成原理課程思政建設提供實踐參考。

關鍵詞：數字化教學；計算機組成原理；課程思政；教學改革

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（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

教育數字化轉型是當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“三全兩高一大”的發展目標，這一目標體系的提出，標志著我國教育信息化建設已從1.0時代的硬件配置和基礎網絡建設，邁向2.0時代的深度應用與創新發展階段[1-2]。在此背景下，計算機組成原理作為一門理論性、工程性、技術性和實踐性都很強的核心專業基礎課程，其教學改革面臨新的機遇與挑戰。

計算機組成以計算機內部總體結構為主線，涵蓋數據表示、運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出系統等主要內容，在計算機學科系列課程中處于承上啟下的作用。當前西部高校在該課程教學中面臨三大挑戰：1） 數字化教學資源建設滯后，實驗設備陳舊且虛擬仿真平臺不足，難以滿足硬件實踐教學新需求；2） 教學方法仍以單向講授為主，數字化教學優勢未充分發揮，學生參與度不足；3） 課程思政元素融入淺表化，存在專業教育與價值引領脫節問題，未能有效銜接計算機技術發展與國家戰略需求。根據教育部2020年《高等學校課程思政建設指導綱要》要求，須將價值塑造融入專業課程[3]。在當前國際科技競爭背景下，推進思政教學改革具有雙重意義：通過融入國產處理器架構、存儲技術等自主創新案例，強化學生攻克“卡脖子”技術的責任意識與科技自信；同時結合計算機系統設計中的倫理問題（如知識產權保護、技術安全），培養學生的工程倫理素養。

1 課程思政改革的三大驅動力

計算機組成原理課程思政教學改革的需求源自多方面現實考量，主要包括：落實立德樹人根本任務的教育使命，順應數字化教學發展的時代潮流，以及應對新技術變革帶來的教學挑戰。這三個維度共同構成了推動課程思政改革的動力系統。

1） 落實立德樹人根本任務

計算機組成原理作為計算機類專業核心課程，既傳授硬件知識，又承擔培養德才兼備人才的雙重使命[4-5]。當前我國在芯片等核心技術領域雖取得突破，但與臺積電等國際領先企業在制程工藝、量產能力等方面仍存差距。為此，課程須實施思政教學改革：在講授體系結構、指令系統等知識時，有機融入自主創新元素——如在CPU設計原理中融入龍芯等國產芯片研發案例，強化科技報國意識；通過解析國產超算發展歷程，展現科學家貢獻以增強民族自豪感。通過價值引領與知識傳授融合的教學模式，培養兼具專業能力與家國情懷的計算機人才。

2） 適應數字化教學發展趨勢

伴隨教育信息化2.0行動的持續推進，教學向數字化發展已成為高等教育教學改革的重要趨勢[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“填鴨式”的教學模式不能充分激發學生的學習興趣。課程思政改革助力，運用虛擬仿真、在線實驗平臺等數字化工具，創新教學模式。例如，依托頭歌虛擬實驗平臺開展CPU設計實踐，在提升學生工程實踐能力的同時，模擬國產芯片研發場景，強化創新意識；結合MOOC混合式教學，通過設置“科技倫理”“數據安全”等討論話題，引導學生探討技術與社會道德關系。數字化教學與思政教育的結合既可增強實踐效果，又能培育學生思想政治素養，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芯片設計思政案例庫、AI大模型賦能的實時倫理決策沙盤） ，構建“云實驗-實操作-深反思”的閉環培養鏈路，使開源協作、技術自主等價值觀在虛實交織的工程場景中具象化融入。

3） 應對新技術挑戰

在人工智能與量子計算等新技術驅動下，計算機體系結構面臨革新：AI芯片、存算一體等技術推動傳統知識體系更新；而ChatGPT等AIGC工具的普及引發學生過度依賴頂層應用、忽視底層原理的“重應用輕基礎”傾向。對此，課程思政改革需針對性布局：在新型架構教學中融入原創性價值引導，實驗環節設置基于底層邏輯的實踐任務；針對AIGC工具引發的學術誠信風險，開設“科技倫理與學術規范”研討。此類改革既助力學生把握技術趨勢，又能培育應對變革所需的批判性思維與創新能力，為突破核心技術儲備人才。

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）系統四大核心模塊構成 。在AI與數字化教育快速發展的背景下，構建智能教學系統成為深化課程思政改革的關鍵路徑。其一，基于DeepSeek算法構建個性化學習分析引擎，通過采集屏幕操作、語音交互及實驗時序等多模態數據，結合動態知識圖譜進行認知診斷，實現學習效果的精準評估；其二，利用AIGC技術開發思政案例生成系統，自動生成具有時代特征的虛擬仿真實驗（如芯片設計倫理決策模擬） ，并搭建智能推薦平臺，依據學習路徑動態推送融合科技倫理等元素的教學資源。基于DeepSeek大模型與AIGC技術，系統既實現“千人千面”的智能導學，又通過沉浸式場景將價值觀融入教學全過程，為解決思政與專業教育脫節問題提供創新方案。

本課程教學目標嚴格依據教育部（2020） “知識-能力-價值”三維模型構建：知識維度覆蓋邏輯門至完整計算機系統的硬件原理，重點包括算術邏輯單元電路實現、控制信號傳遞機制、存儲層次性能優化及總線仲裁解決方案；能力維度著力培養計算機系統設計、硬件描述語言應用、復雜工程問題解決及團隊協作等核心能力；價值維度通過龍芯CPU研發仿真、學習軌跡與國家戰略智能匹配等手段，激發科技報國使命感。課程以學生發展為中心，通過知識內化→能力外顯→價值升華的進階路徑，培養符合“厚基礎、強實踐、重責任”要求的新時代信息技術人才。表1系統呈現了課程四大核心模塊對應的三維一體化知識點體系。

3 基于RISC-V的思政教學案例

RISC-V作為首個全開源指令集架構，其發展歷程體現了國際合作、自主產權的戰略價值和工程師責任擔當。本案例以指令系統設計為依托，通過“技術溯源-價值解構-實踐創新”三階段教學，將開源文化、工匠精神、科技報國等思政元素融入硬件設計課程，培養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編碼規范、模塊化設計及性能優化；能力目標聚焦處理器子系統設計及硬件語言工程應用；價值目標強調理解開源技術貢獻、樹立芯片自主使命、培育工程倫理。表2具體呈現了教學內容與思政元素的對應關系。

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

4 總結

數字化教學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。通過構建“三維一體”的教學改革策略，可以全面將價值塑造融入專業知識的教授，從而培養出更加符合新時代要求和國家戰略需求的信息技術人才。將人工智能大模型技術、RISC-V架構與教育部課程思政建設綱要指導的雙重融合，有效提升課程的教學效果和育人價值。這些教學改革措施不僅能夠幫助學生更好地理解和掌握專業知識體系，還能激發他們的創新潛力，塑造工程倫理意識，激發社會責任感，為培養德才兼備的計算機專業人才奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1] 張凌.課程思政數字化教改研究：以“計算機網絡” 課程為例[J].教育教學論壇，2025（7）：77-80.

[2] 朱慶莉，劉旭明，顧恒.“數字化+課程思政” 賦能工程化學課程教學改革與實踐[J].高教學刊，2025，11（10）：152-155，161.

[3] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號[EB/OL].（2020-05-28）[2023-12-01].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/ 202006/t20200603_462437.html.

[4] 周麗華，周俊華，肖清.計算機組成原理課程思政教學的探索與實踐[J].計算機教育，2022（2）：37-40.

[5] 施國君，毛艷娥，周大海.“計算機組成原理” 課程思政教學設計與實踐[J].工業和信息化教育，2024（4）：31-34.

[6] 王海燕，楊媛妮.數字化背景下課程思政教學實踐反思[J].教育教學論壇，2025（12）：67-70.

[7] 周珂，王龍，蔡潔，等.計算機課程數字化教學的研究與實踐[J].中國多媒體與網絡教學學報，2024（12）：99-102.

【通聯編輯：唐一東】