《计算机硬件基础》课程思政优秀教学案例(一等奖).docx

《计算机硬件基础》课程思政优秀教学案例（一等奖）
一、课程简介
计算机硬件基础（ComputerHardwareFoundation）是数据科学与大数据技术专业的学生必须掌握的计算机专业基础课。主要介绍计算机组成与设计的基本原理，硬件和软件在多个层次上的相互关系。学生通过学习该课程可以理解硬件的基本原理，学习软硬件交互与协同技术，理解如何才能编写出专门针对大数据计算的高效程序。开设该课程可以为后续的大数据专业课打下坚实的基础。在讲授硬件基础知识的同时，本课程在思政育人方面的定位是培养学生的爱国情怀、敬业精神、职业素养、工匠精神、努力学习的民族使命感和科技兴国的抱负。
二、课程内容
章节第4.1节CPU数据通路概述知识点思政要点相关案例MIPS指令与硬件的联系敢于探究的勇气案例L中芯国际的芯片制程工艺CPU实现MIPS的数据通路一丝不荷的职业素养案例1.中芯国际的芯片制程工艺专业与专注的工程师品格CPU数据通路的硬件实现团队精神的形成过程案例1.中芯国际的芯片制程工艺案例2.华为芯片断供学习高端核心技术的热情CPU的设计与计算机性能的关系去除表象的思辨逻辑案例1.中芯国际的芯片制程工艺形成去伪存真的科学素养与态度CPU芯片制造的基本流程形成精益求精的工匠精神案例1.中芯国际的芯片制程工艺案例2.华为芯片断供思考团队默契协作的重要性CPU芯片制造的工艺与难点努力学习高精尖的知识与技术案例1.中芯国际的芯片制程工艺案例2.华为芯片断供为国家的硬件事业而奋斗的民族自豪感和爱国情怀
三、教学组织过程
（一）第1学时
LMIPS指令与硬件的联系
思政融入点：启迪学生形成去除表象的思辨逻辑与科学精神，还有敢于探究的勇气。
引入-提出问题：“MIPS指令如何在CPU上执行?CPU如何实现MIPS指令？”；让学生带着问题回顾MIPS指令。
.回顾-MIPS的核心子集：
存储器访问指令：lw,sw；算术/逻辑指令：add,sub,and,or,sit；
分支指令：beq,j；举例-MIPS指令执行过程——以加法为例:addrd,rs,rto
.CPU实现MIPS的数据通路
思政融入点：引导学生形成去伪存真的科学素养与态度，同时培养其一丝不苟的职业素养和专业专注的工程师品格。
概括一一从MIPS加法指令中概括出指令的执行流程，以图示的数据通路进行解释；介绍一一加入控制信号的数据通路（简单了解）；思考一一数据通路部件可以分为哪些类别？讲解一一数据通路的构成：”操作元件（亦称为组合逻辑元件）”和“存储元件（亦称为状态元件）”；扩展一一以图为例进行延伸；总结一一数据通路是由操作元件和存储元件通过总线方式或分散方式连接而成的进行数据存储、处理、传送的路径。
（二）第2学时
.CPU数据通路的硬件实现
思政融入点：激发学生学习高端核心技术的热情，引导其形成去伪存真的科学素养与态度。
讲解一一实现操作元件和存储元件的两类芯片；举例一一生产存储元件的厂家，如长江存储（国内最大的NANDFlash厂）、合肥长鑫（DRAM厂）（对比全球市场份额）；讨论一一CPU的设计与计算机性能的关系：计算机性能（程序执行快慢，CPU时间）由三个关键因素决定，CPU的设计与实现非常重要！它直接影响着计算机的性能。
.CPU芯片的设计与实现
思政融入点：培养学生形成精益求精的工匠精神，启迪其思考团队默契协作的重要性。激励学生努力学习高精尖的知识与技术，为国家的硬件事业而奋斗的民族自豪感和爱国情怀。
介绍：CPU芯片制造的基本流程，芯片设计、晶圆制造、封装检测、交付系统厂商（包括厂商：华为、苹果）。分析：芯片制造的工艺与难点：制作设备的本钱。观看视频：一台7nm光刻机的月产量。制作工艺的难度：技术节点标准。讨论：中国芯片开展的现状。思考：如何提升我国芯片制造的工艺？案例中芯国际的芯片制程工艺；如何在高端制造业上发力，进行自主研发？案例华为芯片断供。
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四、教学反思
本节课通过讲授数据通路的基本概念、构成、指令的执行流程，让学生全方位地了解CPU的设计特点；进而引导学生学习了解芯片制造的难点。在讲解与讨论的过程中加入了两个思政案例，一个是中芯国际的芯片制程工艺，另一个是华为芯片断供。在教学过程中，学生讨论积极、对芯片的设计与制造十分感兴趣，他们通过讨论这两个案例，加深了对我国芯片业现状的理解；从教师的角度看，那么进一步培养学生的敬业精神、职业素养和工匠精神、并逐步培养学生科技兴国的抱负与实现中国梦的爱国情怀，整体教学取得了良好的效果。
五、案例
案例1:中芯国际的芯片制程工艺
（一）案例简介
在全球芯片代工市场中，绝大局部的芯片代工市场份额都被台积电、三星所垄断，因为台积电、三星拥有最为先进的芯片制造技术，在2020年,台积电、三星更是会进入到5nm芯片工艺时代，反观