吳宗勝,韓改寧
(咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院,陜西咸陽(yáng) 712000)
高校的根本任務(wù)是立德樹人,進(jìn)行課程思政教育是高校教師實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的有力舉措[1-2]。為了全面推進(jìn)課程思政建設(shè),在所有課堂中都應(yīng)該融入思政元素,要將思政教育貫穿教學(xué)全過程,促進(jìn)思想政治工作實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展[3]。
習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)指出:“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié),把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程,實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人,努力開創(chuàng)我國(guó)高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?!盵4]
當(dāng)前,各高校已經(jīng)掀起了課程思政改革的浪潮,使課程思政成為越來越普遍的教育理念和教學(xué)實(shí)踐[5]。然而,有些教師對(duì)課程思政的認(rèn)識(shí)不足或?qū)φn程思政內(nèi)涵的理解不夠深入,因此不知道如何在自己的課程中開展課程思政教育。很多教師在教學(xué)過程中,普遍存在一種情況,即過于注重知識(shí)的傳授,而忽略了價(jià)值觀和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)[6]。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)是一門自動(dòng)化控制、物聯(lián)網(wǎng)工程、軌道交通信號(hào)與控制等專業(yè)的基礎(chǔ)課程,它涉及硬件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成等多個(gè)方面的知識(shí),是一門專業(yè)性強(qiáng)、實(shí)踐性突出的課程[7]。隨著物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人等技術(shù)的快速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的范圍越來越廣泛。然而,目前這類課程與思政教育的融合程度不夠高。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)課程教學(xué)中引入思想政治育人內(nèi)容,可以在學(xué)習(xí)知識(shí)和鍛煉技能的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感,這對(duì)于實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人有著重要的意義。本文以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)課程為例,通過分析該課程的教學(xué)內(nèi)容,挖掘相關(guān)思政元素,并探索教學(xué)方法,達(dá)到知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一,最終培養(yǎng)出能夠肩負(fù)民族復(fù)興大任的新時(shí)代人才。
本課程的教學(xué)目的是通過嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、開發(fā)方法、開發(fā)流程、編程實(shí)踐等基礎(chǔ)教學(xué)及嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等進(jìn)階實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維,使學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的基本理論和技術(shù),具備獨(dú)立進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)的能力。
結(jié)合本課程的教學(xué)目的,通過在課堂教學(xué)中因地制宜融入思政教育,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)有理想信念、有社會(huì)責(zé)任感、有創(chuàng)新精神、有人文素養(yǎng)的高素質(zhì)人才的育人目標(biāo)。具體來說,包括以下幾個(gè)方面:
1) 引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀,使其具有良好的思想道德素質(zhì)和行為習(xí)慣。
2)培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能,具備團(tuán)結(jié)協(xié)作、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)囊庾R(shí),使其能夠勝任相關(guān)工作,并具備獨(dú)立創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
3)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)家精神,使其具備追求真理、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力,能夠積極適應(yīng)和引領(lǐng)時(shí)代變化和科技發(fā)展,不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。
4)使學(xué)生具有人文情懷和美育素養(yǎng),尊重人權(quán)、關(guān)心社會(huì)、熱愛祖國(guó)、崇尚和平,能夠追求個(gè)人價(jià)值和社會(huì)公益并且二者相互促進(jìn)。
5)使學(xué)生具備強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和使命感,始終為人民服務(wù),積極參與社會(huì)建設(shè)和公益事業(yè),為國(guó)家和人民做出貢獻(xiàn)。
本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括嵌入式系統(tǒng)的基本概念與原理、嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式微處理器與接口、ARM-Linux內(nèi)核、嵌入式系統(tǒng)的移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展等方面的內(nèi)容。通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生可以全面了解和掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)技術(shù)。
在教學(xué)方法上,我們采用了理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。通過多種教學(xué)方法,包括理論講授、案例分析、實(shí)踐教學(xué)、隱性滲透式、課堂討論式等,使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。同時(shí),課程還將德育元素和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合,將立德樹人貫穿于教學(xué)過程中。
1)案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法
采用案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法是將思政教育內(nèi)容融入課程案例教學(xué)過程中。在教授專業(yè)知識(shí)和培養(yǎng)技能的同時(shí),還要對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)人觀念和價(jià)值觀的塑造,將知識(shí)傳授和價(jià)值引導(dǎo)有機(jī)結(jié)合。例如:將自改革開放以來,我國(guó)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域取得的巨大成就作為課程案例,厚植愛黨、愛國(guó)、愛社會(huì)主義的情感;同時(shí),結(jié)合國(guó)際和國(guó)內(nèi)兩個(gè)大局及社會(huì)熱點(diǎn)問題和重大事件案例,挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政教育元素和承載的思政教育功能。
2)實(shí)踐教學(xué)法
實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新思維和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的有效途徑。實(shí)踐教學(xué)可通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)踐的方式進(jìn)行。
課內(nèi)實(shí)驗(yàn)包括課程內(nèi)容的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目分組實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中教師可以在軟件程序或硬件連接中設(shè)置一些隱藏的問題和障礙,學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果來分析故障原因以排查故障,教育學(xué)生應(yīng)該在挫折中具有堅(jiān)持不懈的探索精神和解決問題的能力,并養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、優(yōu)秀的職業(yè)素養(yǎng)以及追求卓越的工匠精神。
課外實(shí)踐主要以參加課外科技活動(dòng)和競(jìng)賽為主,如全國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)大賽、中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽、全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽,旨在鼓勵(lì)大學(xué)生積極參與各類科技競(jìng)賽,關(guān)注國(guó)家科技、能源與環(huán)境發(fā)展政策,并將人文素養(yǎng)融入科學(xué)知識(shí)技能中以啟發(fā)創(chuàng)新性思維。通過該類實(shí)踐活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生勤于學(xué)習(xí)、甘于奉獻(xiàn)、勇于創(chuàng)新,肩負(fù)起時(shí)代賦予的歷史重任。
習(xí)近平總書記在2019 年3 月18 日的學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上強(qiáng)調(diào):“要堅(jiān)持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一,挖掘其他課程和教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源,實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人[8]?!币虼?,為了達(dá)到全方位育人的目標(biāo),我們根據(jù)本課程的特點(diǎn)并結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容,在教學(xué)與實(shí)踐中引入了顯性的和隱性的思政教學(xué)元素。以下是本課程設(shè)計(jì)的部分教學(xué)案例:
1)教學(xué)內(nèi)容:嵌入式微處理器
知識(shí)要點(diǎn):嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件,由運(yùn)算器和控制構(gòu)成,主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算等操作,并執(zhí)行用戶指令控制嵌入式系統(tǒng)的各功能部件,保證系統(tǒng)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。
對(duì)應(yīng)的思政元素:愛黨愛國(guó)、家國(guó)情懷。嵌入式系統(tǒng)使用的微控制器由微處理器CPU 和外圍電路組成,CPU 處在核心的領(lǐng)導(dǎo)地位,與之連接的各部件在其領(lǐng)導(dǎo)下可以有條不紊地協(xié)調(diào)工作。猶如我黨帶領(lǐng)56 個(gè)民族走中國(guó)特色社會(huì)主義道路,實(shí)現(xiàn)共同富裕。引導(dǎo)學(xué)生們堅(jiān)持我黨的領(lǐng)導(dǎo)地位,理解“堅(jiān)持黨對(duì)一切工作的領(lǐng)導(dǎo)”是決定黨和國(guó)家前途命運(yùn)的重大原則問題,是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的根本保證。
2)教學(xué)內(nèi)容:嵌入式微處理器的發(fā)展
知識(shí)要點(diǎn):我國(guó)的嵌入式微處理器設(shè)計(jì)起步較晚,缺乏自主設(shè)計(jì)高端處理器的關(guān)鍵核心技術(shù)。雖然目前部分國(guó)產(chǎn)處理器技術(shù)(如龍芯、飛騰和申威)已經(jīng)取得很大的進(jìn)步,但核心技術(shù)仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際先進(jìn)水平,高性能的微處理器主要還依賴國(guó)外進(jìn)口,不僅價(jià)格昂貴,而且經(jīng)常面臨出口限制,使得國(guó)家信息系統(tǒng)安全面臨巨大威脅[9]。2018年的“中興事件”無(wú)疑是一個(gè)很好的案例。當(dāng)年美國(guó)商務(wù)部發(fā)布出口禁令,禁止美國(guó)企業(yè)向中興通訊出售任何電子技術(shù)或通信元件,給依賴美國(guó)元器件的中興公司造成了巨大損失。近幾年,以美國(guó)為首的資本主義國(guó)家瘋狂地打壓我國(guó)的科技發(fā)展,斷供高端芯片和制造芯片所用的光刻機(jī),企圖阻斷我國(guó)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,受影響最大的當(dāng)是華為公司的微控制器麒麟手機(jī)芯片和5G射頻芯片。雖然麒麟芯片的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,但無(wú)奈臺(tái)積電拒絕代工,國(guó)內(nèi)廠家也缺少制造芯片的高端光刻機(jī),導(dǎo)致進(jìn)入無(wú)芯可用的尷尬境地。在5G 通信技術(shù)中,華為掌握了大部分的5G 專利,但重要的射頻芯片卻受制于人,導(dǎo)致自己的手機(jī)不能使用5G網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)應(yīng)的思政元素:奮斗精神、愛國(guó)精神、責(zé)任感和使命感。通過“中興事件”和華為麒麟芯片斷供事件,教導(dǎo)學(xué)生要立足國(guó)情,刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí),做到艱苦奮斗、自力更生、自主創(chuàng)新、勇挑重?fù)?dān),為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)而奮斗;引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國(guó)家科技發(fā)展新動(dòng)向,理解半導(dǎo)體芯片新技術(shù)對(duì)我國(guó)發(fā)展的重要戰(zhàn)略意義,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)科技發(fā)展和民族復(fù)興的使命感和責(zé)任感,激發(fā)他們的家國(guó)情懷和愛國(guó)主義精神。
3)教學(xué)內(nèi)容:嵌入式操作系統(tǒng)
知識(shí)要點(diǎn):常見的嵌入式操作系統(tǒng)包括嵌入式Linux、Windows CE、Android、VxWorks、μC/OS-Ⅱ等。一直以為,我國(guó)在桌面操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)方面落后于世界先進(jìn)水平。落后就會(huì)被挨打,2019年谷歌公司禁止華為手機(jī)使用Google服務(wù),導(dǎo)致華為手機(jī)不能使用Android 系統(tǒng),慶幸的是華為公司對(duì)此早有先見之明,推出了前期自行研發(fā)的鴻蒙系統(tǒng),完美替換了Android系統(tǒng),打破了谷歌的封鎖。
對(duì)應(yīng)的思政元素:知識(shí)產(chǎn)權(quán),民族情懷。引導(dǎo)學(xué)生理解自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要性,并尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán),不侵犯他人的創(chuàng)造成果;同時(shí),引導(dǎo)學(xué)生支持民族企業(yè),發(fā)展民族產(chǎn)業(yè),使我們國(guó)家擺脫外國(guó)的技術(shù)封鎖,真正地實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新、自由發(fā)展,助力實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興。
4)教學(xué)內(nèi)容:嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)
知識(shí)要點(diǎn):嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事電子、智慧交通、信息家電、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、移動(dòng)支付和智能測(cè)控等眾多方面,正在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與穿戴式方向發(fā)展。
對(duì)應(yīng)的思政元素:愛國(guó)情感、民族自豪感。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國(guó)家十多年來在計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域所取得的巨大成就,以及這些成就如何改變了人們的生活方式和消費(fèi)方式,從而增強(qiáng)學(xué)生的愛國(guó)情感和民族自豪感。
5)教學(xué)內(nèi)容:中斷系統(tǒng)
知識(shí)要點(diǎn):中斷系統(tǒng)可以即時(shí)響應(yīng)并處理中斷或異常事件。CPU 是根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)的高低順序?qū)χ袛嗾?qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)的。中斷的優(yōu)先級(jí)相當(dāng)于事情的緊急程度和重要程度,具有高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以打斷優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)。中斷的處理過程則由預(yù)先定義的中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理。
對(duì)應(yīng)的思政元素:工作效率、應(yīng)急能力。處理事務(wù)需要注重事情的輕重緩急,合理安排待辦事務(wù)的先后順序,凡事需要做好應(yīng)急預(yù)案(正如中斷處理程序),做到有備無(wú)患、遇事不慌,牢牢把握主動(dòng)權(quán)。引導(dǎo)學(xué)生思考如何安排時(shí)間以提高學(xué)習(xí)效率和工作效率,發(fā)揮做事主觀能動(dòng)性,提高事件發(fā)生的預(yù)見性,培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處理意識(shí)與應(yīng)對(duì)處理方法。
6)教學(xué)內(nèi)容:GPIO接口驅(qū)動(dòng)LED
知識(shí)要點(diǎn):GPIO為通用的輸入輸出接口,可以直接連接并驅(qū)動(dòng)LED 燈。LED 燈是一種節(jié)能環(huán)保的燈具,具有亮度高、功耗低的特點(diǎn),并可以通過定時(shí)器輸出PWM脈沖控制燈的亮度。
對(duì)應(yīng)的思政元素:綠色環(huán)保、社會(huì)公益、人生價(jià)值觀。通過介紹PWM 基本原理和實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻的方法,講解LED 燈調(diào)光控制和直流電機(jī)調(diào)速等典型案例,引入節(jié)能控制和綠色發(fā)展的理念。引導(dǎo)學(xué)生重視社會(huì)公益、節(jié)能減排,發(fā)展綠色的可持續(xù)發(fā)展的技術(shù),推廣綠色設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。
7)教學(xué)內(nèi)容:設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
知識(shí)要點(diǎn):設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架、代碼編寫規(guī)范。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用軟件和硬件設(shè)備之間的一個(gè)軟件層,負(fù)責(zé)與硬件的通信并向用戶提供調(diào)用接口。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要按照一定的程序框架和規(guī)則進(jìn)行編寫代碼。
對(duì)應(yīng)的思政元素:遵紀(jì)守法。通過設(shè)計(jì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,引導(dǎo)學(xué)生要遵守代碼編寫規(guī)范,并升華到遵紀(jì)守法。“不以規(guī)矩,無(wú)以成方圓?!弊袷丶o(jì)律、規(guī)則,社會(huì)才會(huì)安然有序。
8)實(shí)踐內(nèi)容:課內(nèi)實(shí)驗(yàn)
知識(shí)要點(diǎn):結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容開展相應(yīng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn),實(shí)踐出真知,通過實(shí)驗(yàn)印證理論,以鞏固所學(xué)知識(shí)并提高學(xué)生動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、分析實(shí)際問題和解決實(shí)際問題的能力。
對(duì)應(yīng)的思政元素:務(wù)實(shí)求真、工匠精神、團(tuán)隊(duì)意識(shí)。通過解決在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的諸如硬件電路焊接存在虛焊、引腳接觸不良、代碼中變量類型定義不當(dāng)、程序邏輯錯(cuò)誤、系統(tǒng)移植中配置與硬件不符等問題,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、吃苦耐勞的作風(fēng)、以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,弘揚(yáng)工匠精神;在實(shí)施實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程中,引導(dǎo)學(xué)生相互之間建立信任,共同協(xié)作,團(tuán)結(jié)互助,為實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)而努力,使學(xué)生學(xué)會(huì)做人做事,并且在此過程中增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和責(zé)任意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和集體榮譽(yù)感。
9)實(shí)踐內(nèi)容:科技競(jìng)賽等課外實(shí)踐
知識(shí)要點(diǎn):在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種課外的科技競(jìng)賽,并結(jié)合當(dāng)前科技熱點(diǎn),設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。通過這類項(xiàng)目的競(jìng)賽,可以鞏固學(xué)生已學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),并將其靈活應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。
對(duì)應(yīng)的思政元素:開拓創(chuàng)新、責(zé)任使命。引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、勇于創(chuàng)新,通過自主性學(xué)習(xí)和實(shí)踐來領(lǐng)悟做人做事的基本原則和社會(huì)主義核心價(jià)值觀,以此堅(jiān)定實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的決心,并承擔(dān)歷史賦予的責(zé)任和使命。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)這門課程不應(yīng)僅僅是技術(shù)和實(shí)踐的培養(yǎng),更應(yīng)該注重思政教育的融入。通過思政教育的引導(dǎo),可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí),樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和創(chuàng)新能力。因此,在今后的課程教學(xué)中,我們將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)思政教育的重視,不斷探索和實(shí)踐,提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。這樣才能夠更好地發(fā)揮學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中的作用,為社會(huì)的發(fā)展、國(guó)家的富強(qiáng)和民族的復(fù)興做出貢獻(xiàn)。