《计算科学导论》课程思政优秀教学案例（一等奖）.docx

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1、计算科学导论课程思政优秀教学案例（一等奖）一、课程简介本课程以数据处理为主线，介绍计算机科学与技术的基础理论与内容，内容 包括计算机开展史、软硬件基础，通信与网络，数据处理加工等。专业培养目标包括：1 . 了解计算机学科历史开展；2 .掌握计算机软硬件基础、计算机网络和编程技术的基本概念和知识；3 .培养学生问题求解能力、系统设计能力和团队协作能力。课程思政目标：1 .培养学生的国家使命感和民族自豪感；2 .激发学生对计算机科学的兴趣和热爱，展示学科魅力；3 .培养学生树立科技报国的使命担当，精益求精的工匠精神以及具备良好的 职业道德。二、教学方法思政元素挖掘方法：”博古通今看开展”。讲好计算

2、机开展的“历史故事”，结合专业知识点对相关时政要闻进行“讨 论引导”，“提供点评”学科研究科技新开展激发学生对专业的兴趣和热爱。教学方法：多角度全程融入，学一思一践一悟。1 .通过案例引入，强化知识点，让学生“学”思政；2 .通过互动，“讨论引导”“提供点评”，让学生在“思”思政；3 .通过课后调研作业，让学生自己去“践”思政；4 .潜移默化，让学生“悟”思政，内化为学习的动力和目标。三、课程内容章节第二章知识点思政要点案例名称四大功能部件道路自信 科技报国案例1.太湖之光案例2.第一个商用微处理器芯片计算机体系结构工匠精神 民族自信 专业热爱案例3.华为芯片困局案例4. “中国体系”缓解芯片

3、困局四、教学组织过程（一）第1学时1 ,设计情景引出问题（10分钟，问题引导）情境：生活中我们如何完成任务？（比方妈妈给个清单让你到超市买东西）清单一一程序购买一一运行问题：拼装一台电脑需要哪些零部件？CPU一一处理器（运算器、控制器）；显卡一一协处理器；主板一一总线； 内存一一存储器；硬盘一一外存；鼠标键盘一一输入；显示器一一输出（对所需的零部件按照功能进行分类，引出五大功能部件）2 .冯诺依曼与计算机（20分钟，讲授提供）（1）计算机四大功能部件；（2）冯诺依曼体系结构特点；（3）计算机开展简史。案例1：太湖之光（1）指令系统（2）处理器申威SW26010 （太湖之光）：中国首个采用国产自

4、研架构且性能到达世界一 流的计算机芯片。（3）操作系统：国产系统神威睿思（RaiseOS 2.0.5）,基于Linux开源代 码，神威睿思操作系统主要应用于高性能计算与平安两个领域。思政要点：太湖之光的意义，自主研发，激发学生的四个自信；从科技落后 那么不断被“卡脖子”，激发学生的爱国情怀和科技报国的热情。3 .程序储存原理（5分钟，课堂讲授）通过分析代码和数据的区别，引出程序存储原理的意义问题:如何区分存储在计算机里的是程序还是数据？（程序决定，程序员的 重要性）4 .冯诺依曼结构（10分钟，课堂讲授）问题：目前大局部计算机都属于冯诺依曼结构，那有什么特点？局限性是什 么？如何改进？案例：引

5、入量子计算机，提供我国第一台量子计算机一一九章量子计算机， 点到为止，引起学生兴趣，让学生查阅资料作报告，可以作为额外加分作业，激 发学生的民族自豪感和专业兴趣。（二）第2学时5 .多级存储系统（10分钟，问题导向）讨论：硬盘和内存的区别？硬盘一一CPU无法直接访问，提高存储容量；内存一一CPU直接访问，提高 速度；数据只有从硬盘调入内存才能被CPU读取，如何让计算机利用16G的内存 空间高效访问2T的硬盘空间？引入“局部性原理”。6 .运算器+控制器一CPU （15分钟，课堂讲授）计算机的大脑：中央处理器CPU二运算器+控制器；运算器的作用；控制器的 作用。7 .案例2：第一个商用微处理器芯

6、片的产生（10分钟，讲授提供）1969,日本一家计算机公司NCM英特尔（存储器）；需求：Busicom 141-PF打印计算器设计12个芯片。结果：英特尔工程师建议用四个芯片就可以了， 包括一个能用于各种产品的可编程芯片。1971年11月15日通过电子新闻广告发布其4004处理器及芯片组， MCS-4o它包含4个芯片（CPU中央处理器4004, RAM4001, R0M4002以及寄存器芯 片4003）。这是世界上首款商用微处理器系统，原本做存储器的英特尔公司自此 踏入处理器领域。2010年入月15日，Intel 4004的首席工程师Federico Faggin 和Ted Hoff被美国总统

7、奥巴马（Barack Obama）授予国家技术和创新奖章。47年前的4004处理器，只有2300个晶体管，制程工艺还是10内n的，也就 是lOOOOnm,使用的是2英寸晶圆，而目前最先进的量产工艺是7nm,晶体管数 量高达14亿甚至更多（如今的处理器还包含GPU等其它芯片），晶圆尺寸也是 12英寸的。但与1946年建造的占据了一整个房间的第一台电子计算机相比，其 微处理器具有相同的计算能力，却只有一个小小的指甲那么大。思政要点:潜心钻研，勇于创新，工匠精神8 .案例3：华为芯片困境（8分钟，研讨分析）讨论：美国的禁令为什么会使华为芯片陷入困境？原因是什么？首先，让学生各抒己见，分析原因（从芯片

8、生产过程来分析：设计一一制造 一一封装测试，引出制造瓶颈一一光刻机）；点题：光刻机很难弄吗？（引入知乎的一个问题“光刻机和氢弹哪个更难 搞？ ”）总结：有人说：“光刻机一一这是一种集合了数学、光学、流体力学、高分 子物理与化学、外表物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领 域顶尖技术的产物。”思政要点:科技的开展不仅仅是某个学科更需要多个学科协同开展，重视基 础学科与奉献精神，科技报国的家国情怀和使命担当。思考：如何解决芯片困境？9 .案例4: “中国体系”可以缓解华为芯片困局（2分钟，引导思考）讲授要点：简单给出，但是不做详细展开，作为下一次课”计算机体系结构” 的引入素材。思政

9、要点:民族自信和专业热爱。10 .小组作业研讨，查阅相关资料，撰写“中国计算机开展里程碑一一*”的调 研报告，具体要求见作业指导书。思政要点:了解我国计算机开展历史中的一些重要事件，学习老一辈科技工 作者的艰苦奋斗、攻坚克难、集智攻关的科学精神和爱国主义精神，提高资料收 集和阅读整理能力，团队协作能力。五、教学反思（一）以问题为导向的教学，通过发现问题-解决问题-存在问题的启发 式教学激发学生对学习的兴趣，激发学生思考与讨论。（二）启发式思考，引出新的问题，有待学生思考，并作为下次课讨论 的问题，让学生对学习更加有兴趣。（三）留延伸的讨论题为作业，让学生有复习的动力，同时养成文档记 录习惯，效

10、果较好。下课前给学生留一些思考案例，引入下一次课内容，能 激发学生的学习兴趣。六、案例点评案例1:太湖之光案例2：第一个商用微处理器芯片的产生案例3：华为芯片困境案例4: “中国体系”可以缓解华为芯片困局（一）适用范围案例1-4主要适用于计算科学导论、数字逻辑、计算机组成原理等计算 机专业课程；案例2,案例3也适用于其他如光学、材料、机电、电子等相 关专业课程。（二）思政元素重视基础课程的学习。从华为芯片之殛剖析我国的芯片现状和国际形势, 芯片的问题不仅仅是华为企业问题，其中折射出来我国在超大规模集成电 路领域存在问题，揭示了各种基础学科的重要性。树立四个自信，求实创新精神。不可否认，“引进消

11、化再吸收”、“重 工程技术、轻理论研究”这种路子是新中国成立以来最具性价比、最符合当 时国情、最正确的路子。但是，这样的路子在几十年前是正确的，但在今天 却逐渐显示出了弊端。华为面临的困境，也是引领下一个时代的机遇，一切 就看能否在基础科学方面有所突破。弘扬淡迫名利、潜心研究的工匠精神和奉献精神。人类社会的开展，都 伴随着基础科学的进步。而基础科学的开展，短期内看是毫无用处的，所以 首先要耐得住寂寞的，耐得住质疑。冷板凳不仅要一个人坐十年，可能一生 都是寂寞的。（三）课程思政教学目标通过案例1,从多方面阐述了超算太湖之光研制背后的各种难关以及如 何一步一步攻克，走到今天的地位，彰显大国力量，激

12、发学生的四个自信和 爱国情怀。通过案例2,第一片商用微处理器芯片的诞生，传递大国工匠与勇于创 新的重要性，弘扬科学家精神及奉献精神。通过案例3,让学生了解华为芯片之殛背后的历史背景和开展现状，强 调基础科学的重要性，引发学生的爱国主义情怀，引导学生树立科技报国的 使命担当，引导学生思考从个人角度，从专业角度能做什么？通过案例3引入案例4,如何解决芯片困境的问题出发，提出“中国体 系”也许能缓解芯片困局，为中国走出芯片困境争取时间，激发学生的爱国 主义热情，培养专业学习兴趣和积极性。（四）相关教学经验与时事紧密联系，充分将专业知识与实践结合，引导学生理论联系实际， 学会发散性思维。教师在课堂讲授过程中，注意：首先要注意课程知识与思政元素的结合，防止顾此失彼；其次，在从课程知识过渡到思政元素的过程中，要注意语气和情绪的自 然，要注意照顾学生的听课情绪，调动学生积极参与课堂讨论；最后，通过案例讨论，引导学生思考如何从自身出发，注重基础学科的 学习，弘扬淡迫名利、潜心研究的奉献精神，激发学生对计算机专业的兴趣 和热爱。课堂上，引导学生积极地发表自己的言论。通过课堂上对我国华为芯片 困境，提高学生的民族意识，增加对专业其他领域知识的兴趣，不仅扎实了 课本知识，还深入了解了思政时事，扩充了学生的知识面。