融合课程思政的高校计算机实验实践课的探索*——以安卓及嵌入式系统设计课程为例

王光宇

北京交通大学计算机与信息技术学院 北京 100044

0 引言

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上阐明了新时代高校思想政治工作的重要意义，课程思政开始融入高校全员、全过程、全方位的教学工作中，它将思想政治教育的功能融入专业课程教学的各个环节，形成协同效应[1]，是把“立德树人”作为高校教育根本任务的一种综合教育理念[2]。“工匠精神”源自李克强总理2016年政府工作报告“要鼓励企业开展个性化定制、柔性化生产，培育精益求精的工匠精神”[3]。工匠精神是一种职业精神，它是职业道德、职业能力、职业品质的体现，是从业者的一种职业价值取向和行为表现。习近平总书记在党的十九大报告中强调：“弘扬劳模精神和工匠精神，营造劳动光荣的社会风尚和精益求精的敬业风气”[4]。如何在高校计算机实验实践类课程中有效融入思政元素和工匠精神，将理论如春风化雨般潜移默化地融入实验实践中，已成为高等教育计算机实验实践教学关注的热点问题[5-9]。

计算机技术迅猛发展，各种新技术渗透学习、工作、生活的方方面面，深刻地改变着这个社会。但是，我国在光刻机、芯片、指令集、操作系统、集成开发环境等核心领域依然受到国外的技术封锁和“卡脖子”，与世界先进技术仍有一定的差距。本文以北京交通大学计算机学院实验教学中心电子信息与计算机国家级实验教学示范中心计算机专业实验实践课安卓及嵌入式系统设计为例，探索将思政元素和工匠精神融入课程教学。在学习课程知识的同时将爱国主义教育、奉献精神等元素与知识体系进行有机融合，提高学生的专业素养和综合素质。

1 计算机实验实践课的核心思政元素和工匠精神

计算机实验实践课是计算机专业学习的重要环节，规范的实验实践是提高学生计算机知识和技能的重要途径，计算机实验实践课不单单是对计算机专业知识的实践，也是对知识的掌握和升华的过程。思政元素和工匠精神在实验实践课程中的嵌入是与实验实践的具体内容相互融合的，不是生硬地将两个内容拼凑在一起。如何将课程思政元素和工匠精神融入计算机实验实践课是一种思维方式，一种全新的课程观，是将契合专业知识的最需要培养塑造的品格和精神融入到实验实践教学的过程。

1.1 聚焦中国科技发展，培养爱国主义情怀

“科技兴则民族兴，科技强则国家强”，计算机技术的发展是实现国家科技强国之路的重要内容。科技创新和发展承载了一代又一代中华儿女的家国情怀和科技强国夙愿。近年来中国高铁、航天探月、国产大飞机、移动支付、无人驾驶、5G通讯、AI产业等不断发展，取得了举世瞩目的伟大成就，这一张张亮眼的新时代国家名片背后都凝聚着计算机技术的力量。掌握先进的计算机技术，并不断突破发展是实现国家科技创新的必由之路。学习好、掌握好、发展好先进的计算机技术，是推动国家科技发展和科技创新，实现中华民族伟大复兴，实现“两个一百年”奋斗目标的重要内容，也是高校计算机专业实验教师和学生的历史担当和时代使命。“科学无国界，科学家有自己的祖国”，在计算机实验实践课中既要引导学生掌握知识报效国家的热情，又要让学生在实际操作中感受计算机技术在国内与国际对比中还有较大差距。无论是实验中用到的芯片、操作系统，还是编程工具、数据库大都是国外产品，学生在计算机实验实践的过程中应当认识到当前国家计算机技术的发展阶段和现状。实验教师通过剖析实情，感受差距，激发学生的学习激情和爱国热情，培养专业知识扎实、操作实践水平过硬、具有深刻爱国主义情怀的新时代高校大学生。

1.2 加强团队成员合作，凝聚团结协作力量

常言道“三个臭皮匠顶个诸葛亮”“团结就是力量”，特别是在大型计算机工程项目实践过程中是无法凭借个人力量完成的。无论是软件开发还是硬件设计都需要成员之间加强合作、通力配合、加强沟通，提高团队凝聚力。“尺有所短、寸有所长”，参加实验实践的学生基础不同，特别是全校任选课和非计算机专业学生对计算机知识的掌握情况更是千差万别，但是每个工程实践或者实验项目都有不同的实现目标，大都由需求分析、设计实现、测试运维、成果汇报不变环节组成，每位学生可以根据自身的特点选择不同的负责模块，成员间通力合作，汇聚团队的力量，终成完美的实验实践结果。木桶原理“木桶能够装的最大水量是由最短的那块木板决定的”也诠释了这个道理，决定一个小组实验实践综合实力的因素往往在最弱的那个短板身上。实验教师在授课过程中，应当正确引导，让参加计算机实验实践课程的学生认识到团结和竞争的关系，形成高度团结、凝聚团队才能、有能力和资格参与公平公正的竞争，通过团队协作体现自身的价值和力量。

1.3 勇于试错敢于容错，塑造担当自信品格

创新往往是摸着石头过河的过程，需要不断地探索、试错、修正、提高，作为实验学生勇于试错，作为实验教师敢于容错是一种智慧。学生敢于尝试，才能在思想上和行动上获得新的思考和新的体验。成功的背后往往是多次失败、多次试错、多次打磨的结果。阿里巴巴前董事局主席兼首席执行官张勇曾说过：“做前所未有的事情，不可能不走弯路，也不可能一步到位。只有千锤百炼，才能充分创新”，可见只有勇于试错、敢于容错才能形成新模式、凝聚新经验。小米创始人雷军曾说过“人有机会一定要试一试，其实试错的成本并不高，而错过的成本非常高”，敢于尝试才可能有所突破而机会错失却很难再来。“实践是检验真理的唯一标准”，这也是计算机实验实践课的重要价值所在，学生在实验实践的过程中要勇敢面对未知和不确定，学生敢于试错，教师勇于容错，学生才能突破自身的枷锁和知识认知的局限，尝试更多种可能。这样才能培养学生在实验实践中自信担当，塑造勇于突破的品格。

1.4 突破自我追求卓越，弘扬大国工匠精神

“时代发展，需要大国工匠；迈向新征程，需要大力弘扬工匠精神”，敢于突破、追求卓越也是中国制造走向中国智造的重要支撑和时代要求。习近平总书记在发给2022年4月召开的首届大国工匠创新交流大会的贺信中指出：“要大力弘扬劳模精神、劳动精神、工匠精神，适应当今世界科技革命和产业变革的需要，勤学苦练、深入钻研，勇于创新、敢为人先，不断提高技术技能水平”。计算机实验与实践课程正是培养学生自我追求卓越、塑造大国工匠精神的重要环节。只有把知识转变成能力才能体现它的无穷价值，注重细节、追求卓越、匠工蕴道、知行合一，在实验实践的过程中实验教师要着力培养学生态度与能力的统一，做到一丝不苟、精益求精，鼓励学生在掌握扎实的专业知识的基础上，大胆创新、不断突破自己、成就非凡。

2 计算机实验实践课思政元素和工匠精神的实施内容与方法

计算机实验实践课是将理论与实践融合的关键培养环节，是融合思政元素、培养工匠精神的重要途径。实验教师对于思政元素融合和工匠精神的培养需要根据不同实验课程内容，结合实际情况精心编排，防止出现突兀插入，与教学环节和实验实践内容相脱节的情况。实现专业课程、实验实践课和思政元素教育相向同行，将工匠精神的培养贯穿整个实验实践过程，达到潜移默化、润物无声的效果。这需要实验教师关注专业技术发展，挖掘思政元素融合的新素材；运用新知识和新途径拓展课堂活动，为思政元素的注入和工匠精神的培养提供新空间；要以实验实践任务为核心，总体把握实验实践的各环节，拓宽学生培养的途径。同时，特别要注意学生的个体差异，以学生个性化发展为中心，实验教学活动围绕学生展开，达成实验实践训练目标。

2.1 紧跟科技发展前沿，挖掘相关课程新资源

计算机专业实验实践课作为提高学生知识运用水平和实践能力的重要环节，必须与时代发展同步，紧跟科技发展的步伐。这就需要实验教师对当下计算机新科技和发展有深刻的理解和把握，将计算机前沿科技贯穿实验实践环节。挖掘新资源，引领创新实验内容，实现实验实践教学内容的持续更新和不断完善。实验教师应当根据教学大纲和实验操作手册的目标要求，将思政元素和工匠精神具体化，以紧贴时代科技发展背景的典型案例为依托，激发学生的学习热情和兴趣动力。通过典型案例的引入，展现近年来我国在计算机领域取得的科技进步和成就，激发学生的爱国主义和自信与担当。在实践课堂上，实验教师应当结合生活案例培养学生理论与实践相结合的计算机知识的综合运用能力，使学生感受技术服务于社会、知识来源于生活的道理。通过实验实践课，让学生在应用场景中感受科技发展是推动社会进步的力量，激发学生通过实践投入国家科技发展的建设中去的决心，坚定学生对课堂所学专业知识通过实践能够切实提高生活、服务社会、推动进步的信念。

2.2 虚实结合知识融合，拓展学生学习新空间

随着虚拟仿真实验教学项目的建设和虚实结合的云平台实验环境的发展，计算机实验实践教学环境和实验实践能力得到持续提升。虚实结合、相互补充，拓展了学生实验实践的学习空间。通过虚拟仿真实验，一些大型的实验项目，如高铁虚拟仿真、基于数字孪生的智慧化黑灯工厂、网络安全攻防模拟训练等虚拟仿真项目扩展了学生实验实践的体验空间。特别是近年来，在疫情防控的背景下，传统的实验实践环节受到较大的影响，很多的现场实验环节被迫取消，这更凸显了建设虚实结合的实验实践环境的重要性和必要性。

大型的虚拟仿真实验环境的构建可以为学生提供贴合实际的训练环境，让学生有一种亲临现场教学的真实感。线上线下相结合的实验实践教学环境可以将实验讲解视频、操作演示视频或者思政元素背景素材制作成微课，将思政元素和工匠精神融入教学资源库。上课时，授课教师可以将这些融合思政元素的资料作为背景知识与专业知识的讲解相融合，学生也可以在课程平台随时对这些资源进行点播。线上资源平台也可将学生的学习情况和感兴趣的内容进行实时的统计、反馈、汇总分析，反向来帮助实验教师的实验课程备课内容。

2.3 以实验实践为核心，拓宽学习培养新途径

计算机专业课程大都具有模块化或者局限性，计算机实验实践课要在本科生高年级的实验实践教学中打破课程之间的知识界限。实验实践课要以问题为导向，以工程实践为目标，以实验实践为核心，融汇实验实践所需的基础知识，培养学生实际解决问题的能力。设计实验方案、解决现实问题的能力培养是培养学生工匠精神的第一步，通过以实验实践为核心的培养环节，使学生具有理论联系实际的能力、脚踏实地的干劲，从而塑造具有工匠精神、具备计算机专业素养的高层次人才。

计算机实验实践课以实验实践为核心也能够体现思政元素中的实事求是、实践是检验真理的唯一标准等这些思政元素，寓教于学，通过贴合实际场景的专业课的实践和实验，拓宽高校学生思政教育的新途径。

2.4 以学生个体为中心，建立反馈提升新通道

计算机实验教学中心除了承担计算机专业学生实验实践工作外，还承担了学校非计算机专业计算机类课程的实验实践教学任务。实验教师根据不同学生的基础水平，制定以学生个体差异为中心的个性化实验实践项目和训练内容，制定个性化考核目标，让不同的学生能够通过实验和实践得到不同程度的提高和进步。

以学生个体发展为中心的实验实践教学是打破教师、学生、实验手册为核心的传统实验实践课的学习方式，推动学生从验证学习、知识积累到方法学习、实践创新的转变。这也需要实验教师转变工作方式，创新工作思路，为学生设计拓展创新实验。比如将人工智能、AI、VR/AR、无人驾驶、3D打印等实验设备充分利用，通过大创实验、毕业设计、比赛竞赛等活动和环节，为各类学生提供计算机专业知识实验实践的辅导提升途径，并为学生建立良好的反馈通道，将思政元素、工匠精神和育人目标融合到实验实践课程教学中，为党育人、为国育才。

3 安卓及嵌入式系统设计课融合思政元素和工匠精神的探索

安卓及嵌入式系统设计是一门融合计算机操作系统、计算机组成原理、计算机体系结构、汇编语言、C语言、Linux基础、移动应用开发等多种计算机技术的实验实践类课程，是面向全校学生的一门任选课程。它具有涉及计算机专业知识范围广、动手实践能力强等特点，是比较适合融合思政元素和工匠精神培养的综合实验实践课程。通过分析近两次学生选课情况可知，学生来自不同的学院，学生分布范围广，计算机基础差异较大。按照课程大纲，课程内容分为安卓的发展历程、嵌入式系统的概述、ARM处理器的结构、ARM工作模式、指令系统、单指令流多数据流NEON指令、Linux设备驱动及测试程序设计、安卓和Linux设备驱动综合设计等内容。

如图1所示，在课程实施的过程中，需在原有内容的基础上引入国内最新科技成就和技术，例如，在讲解安卓发展历程的章节增加了华为鸿蒙操作系统，并对两者进行了对比；在ARM处理器部分增加了龙芯、申威等国产芯片的介绍；在ARM指令集单元增加了MIPS、RISC-V、LoongArch的内容；在搭建开发环境的时候引入了国内体验较好的Deepin和华为鸿蒙应用开发环境编辑器DevEco Studio。

图1 安卓及嵌入式系统设计思政元素探索实施图

这些内容不仅能让学生体会到我国近年来在计算机领域取得的成就，也为学生工匠精神的培养打下了良好的基础。通过虚实结合的实验环境的构建，虚拟仿真技术的应用，线上线下资源的整合，扩展了课程学习途径和实验实践方式，构建了以学生差异化个性化培养为中心，具有反馈机制的实验实践教学实施方式。

4 结束语

根据计算机实验实践课的特点，分析与计算机实验实践教学紧密融合的思政元素和工匠精神。探索了将思政元素和工匠精神融入实验实践课的方法和途径。以安卓及嵌入式系统设计课程为例，按照课程大纲对融入思政元素和工匠精神的课程实验教学的内容、途径、方法、过程进行了探索，做到理论学习与实验实践环节相结合、课课有思政、线上线下相补充的学习环境。加强对学生在实验实践过程中的培养，培养具有良好设计理念、优秀团队协作精神、敢于试错、勇于担当的品质和具备大国工匠精神的新时代计算机专业人才。