《单片机原理及应用》课程思政的实践探索——以“单片机的存储器结构”知识点讲解为例

尚 任

(吉林化工学院 航空工程学院，吉林 吉林 132022)

《单片机原理及应用》课程是本科及高职院校电类专业的重要专业基础课，在整个电类专业课程体系建设中处于承上启下的核心地位[1]。《单片机原理及应用》课程的特点是理论学习和实践操作结合得非常紧密，理论知识的学习是实践操作的基础，起到指导作用，而实践操作是理论学习的巩固和必要补充。我院针对航空电气类高职专业学生开设《单片机原理及应用》必修课程，在这门重要的专业基础课中融入课程思政元素，对于提高学生学习积极性、实现培养社会主义建设者和接班人的课程育人目标有重要意义。

近年来，为响应习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话精神，国内各个高校的课程思政建设如火如荼地展开。现有的对单片机类课程的课程思政建设主要从理论和实践两个方面入手。在课堂教学过程中，通过介绍单片机的发展史[2-3]、发展趋势[4-5]、代表人物[6]、应用等，激发学生家国情怀、树立远大理想，发挥榜样的力量，为我国芯片事业的发展添砖加瓦。在实验课程和实训课程中，通过安全教育[7-9]，弘扬纪律意识与责任意识；在指导学生利用仿真软件或单片机开发板进行编程和电路设计过程中，弘扬工匠精神、科学精神、钻研精神[10-11]等。

但是已有的大多数单片机相关课程的思政建设存在一些问题，主要表现为以下四点：一是理论部分大多重点围绕单片机的中断系统、定时器工作模式等知识内容进行思政元素融入，对于单片机硬件结构中单片机的三大主要组成部分(CPU、存储器和IO口)本身的思政元素挖掘较少；二是对于由单片机的发展史、发展趋势、代表人物、应用等引发的思政元素融入主要是针对单片机整体课程而言的，与知识点联系不够紧密；三是对于单片机课程思政的总体建设思路较多，对于一个小节或一个知识点的具体设计较少；四是对于挖掘理工科课程普遍适用的思政元素较多，对于突出单片机课程特点的思政研究较少。

对单片机三大组成部分之一的存储器对其结构进行课程思政的实践与探索，与知识点紧密结合，进行详细、完整课程思政的具体设计，突出单片机课程特色，为单片机类课程线上及线下教学的课程思政建设拓宽思路，具有较强的创新性和借鉴意义。

一、课程思政的设计思路

高等学校课程思政建设的实现路径与策略应坚持实事求是的原则，并不是课程每节课都有思政，而是要探微索隐、力求创新，切忌生搬硬套、喧宾夺主。在认真学习《高等学校课程思政建设指导纲要》后，逐渐形成了《单片机原理及应用》课程的思政设计思路：首先，针对课程理论与实践结合十分紧密的特点，选择合适的知识点或章节融入课程思政元素；明确教学目标，包括知识教学目标、能力培养目标和课程思政目标，为量化教学效果提供依据；围绕知识点进行教学设计，让思政为课程服务，在保证育才功能的前提下，起到育人的作用；实施教学设计，对照教学目标评价教学效果，并结合线上与线下教学中学生的反馈，不断调整优化教学设计，最终形成较为成熟的课程思政教学案例。课程思政设计思路流程图如图1所示。

图1 课程思政的设计思路

二、思政设计思路的具体实施

(一)教学内容的选取与思政素材的挖掘

《单片机原理及应用》是一门理论学习和实践操作结合得非常紧密的课程。在理论知识学习中，单片机的三大组成部分是核心知识点，在课程的各个章节均有提及，而存储器是单片机三大重要组成部分之一，其结构是决定单片机实践适用性的重要因素之一。将“单片机的存储器结构”这一知识点融入课程思政，既可使学生学习理论知识，发挥育才作用，又丰富了原本枯燥的知识点的学习内容，提高学生学习积极性。

“单片机的存储器结构” 这一知识点的重点是掌握单片机三种存储器结构(哈佛结构、冯·诺依曼结构以及两种结构的结合)的特点，尤其是改进的哈佛结构的特点，难点是通过分析单片机三种存储器结构的优势，找出各自的适用范围。从重点和难点入手，可挖掘很多思政素材。一是可发挥知识点的理论指导作用，使学生建立起大局意识，利用理论知识分析单片机资源，合理利用资源，然后再进行系统设计并完成功能实现；二是可利用知识点特有的历史背景，如介绍单片机存储器结构名字的由来，引导学生将伟大的科学家作为榜样，又如通过单片机存储器结构的发展过程，弘扬科学思维与敢为人先的创新精神等；三是可结合芯片热点话题，将知识点的外延进行拓展，可讨论国内外行业发展形势，激发学生的爱国情怀，引导学生将自己的职业规划与祖国建设结合在一起。

(二)将课程思政融入教学目标

将课程思政目标加入教学目标中，可量化教学效果，是在教学设计中实现课程思政元素与专业课知识有效融合的前提。以“单片机的存储器结构”知识点为例，教学目标包括三个部分：知识教学目标、能力培养目标和课程思政目标。

知识教学目标是掌握单片机三种存储器结构(哈佛结构、冯·诺依曼结构以及两种结构的结合)的特点；理解记忆AT89S51单片机的存储器结构图(改进型哈佛结构)，掌握该型号单片机数据存储器RAM和程序存储器ROM的容量大小、物理地址范围、内外部选择方法等。能力培养目标主要有两点：通过对单片机的存储器结构进行对比与归纳，使学生建立对单片机存储器结构的整体认识；能够在实际应用中，根据单片机不同存储器结构的特点，选择合适的存储器结构。课程思政目标是在课程知识学习和能力培养教学基础上，紧紧围绕立德树人这一根本要务，将挖掘的课程思政素材融入教学设计中，实现培养社会主义建设者和接班人相对应的课程育人目标。知识教学、能力培养和课程思政三个方面目标构成了一个完整的教学目标，对教学设计与实施环节起到提纲挈领的作用。

(三)将课程思政融入教学设计

在教学设计部分，在保证知识量的前提下，将挖掘的课程思政素材与理论知识点内容有机结合起来，做到“润物细无声”。以“单片机的存储器结构”知识点讲解为例，按照时间线，教学设计主要包含课程导入、课程讲授和课程小结三个部分。

在课程导入部分，为了自然地引入芯片热点话题与爱国思政元素，可将单片机的发明史与中国集成电路起步的介绍作为铺垫，让学生了解我国半导体芯片领域行业发展的前世今生，对整个行业有一个清晰的整体认识，具体课件如图2所示，回顾单片机的定义、组成与由来，结合单片机硬件结构总体框图，导入本节课的新授内容，达到承上启下的目的。

图2 课程导入部分融入课程思政元素

在课程讲授部分，在教学设计中需尽可能地将课程思政素材有效融入，具体设计如下。

(1)介绍存储器结构名字——哈佛结构与冯·诺依曼结构的由来，讲述“计算机科学之父”图灵以及“现代计算机之父”冯·诺依曼的生平，引导学生树立正确典范，学习伟大科学家博思、博览、博学、博问的求实精神，并发挥榜样的力量，让科学家、学者、大师的追求卓越、精益求精的工匠品质点亮人生，具体课件如图3所示。

图3 知识点讲授部分讲述科学家生平

(2)按照三种存储器结构提出时间的先后顺序，讲授三种结构的特点，包括详细介绍哈佛结构和改进型哈佛结构的特点、优缺点及适用范围，重点讲授采用改进型哈佛结构的AT89S51单片机存储器结构图；讲授冯·诺依曼结构的特点、优缺点及适用范围；介绍哈佛结构与冯·诺依曼结构结合的存储器结构特点。让学生在课上掌握知识点，能够分析和归纳三种存储器结构的特点，在实际应用中选择合适的存储器结构，使学生建立起大局意识；并且引导学生根据结构特点分析不同存储器结构产生的原因，使学生建立起提出问题-解决问题的科学思维，弘扬创新精神。

(3)对知识点的外延进行拓展，介绍芯片制造流程，介绍芯片制造重要设备——光刻机，让学生体会到芯片制造的技术难度，弘扬工匠精神、攻坚克难精神；与课程导入部分单片机的发明史与中国集成电路起步的介绍相呼应，介绍我国半导体芯片领域行业发展现状，主要介绍华为海思与中芯国际合作取得的国产芯片的最新突破，鼓励学生肩负起科技强国的责任，将爱国情怀化作报国之志，在国家的快速发展中实现自己的人生价值，为我国芯片事业贡献力量。具体课件如图4所示。

图4 知识点讲授部分讲述单片机制造过程与我国行业领域进展

在课程小结中，在总结课堂的基础上，应尽量保持知识点与相关思政元素的话题热度。首先，同学生一起回顾课程内容；然后，结合课程的重点与难点，布置课后拓展作业，锻炼学生的学习能力与学习思维。以本节课来说，作业是要求学生课后根据单片机三种存储器结构的优势，找出不同结构的成功应用实例；最后，在线上学习平台发起“我的中国芯”、读伟大科学家传记等课程思政相关话题讨论，将思政育人的功能延续到线上教学中。

(四)课程思政效果的提升

作为《单片机原理及应用》课程组的任课教师，每年都有一至两轮的课程教学，有充足的实践机会检验课程思政思路与具体设计在实际教学中的效果。在线上与线下教学中，通过与学生互动、收集反馈信息等，不断调整优化教学设计，逐渐形成较为成熟的课程思政教学案例。并且注重平时积累，多学习和借鉴优秀课程思政案例，丰富课程思政素材，从而达到“润物细无声”教学亦育人的境界，促使学生在专业知识和思想道德的协同提升，实现知识传授与价值引领相结合的课程目标。

三、结 语

以“单片机的存储器结构”小节为例，结合知识点的讲解，将《单片机原理及应用》高职课程的课程思政建设在具体实例中展开，教学目标将知识传授、能力培养与价值引领进行有机整合，并在教学设计中巧妙地引入了大国工匠、科学家精神和社会主义核心价值观等思政元素，提高了课程教学质量，提升了育人功效，对单片机类课程线上及线下教学的课程思政建设的具体实施具有一定的参考价值。