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优秀课程思政案例示范—计算机原理
计算机原理
教师简介
于复兴，男，副教授。人工智能学院计算机科学与技术专业教师。主讲计算机原理、操作系统课程，课程团队负责人。主持省级教改项目2项。发明专利授权14项，曾获得省级教学成果奖、唐山市优秀教师奖、第四届，第五届校级优秀教师一等奖，校级基本功大赛奖、优质课堂等、创新创业优秀指导教师、优秀毕业设计指导教师、竞赛优秀指导教师、科技管理优秀工作者等荣誉。主讲的《计算机原理》为校级一流课程，课程思政示范课；主讲的《操作系统》课程为省级精品在线开放课程。课程简介
《计算机原理》是工科高校计算机类的一门专业主干课程, 在培养学生的创新思维、计算机系统分析能力和工程设计能力等方面占有重要的地位。该课程的主要内容是使学生了解计算机系统的基本组成原理；掌握计算机系统硬件的基本组成和各功能部件的工作原理；掌握信息、数据表示与指令结构类型及指令执行原理；掌握程序和数据在计算机中是如何存储的以及指令在计算机中的编译和执行过程，数据通路等。通过系统学习使学生能够运用课程中相关知识，对计算机系统硬件进行初步设计和维护，具备设计模型机的基本能力。课程通过发明专利授权的“计算机原理实践教学方法”开展，理论联系实践，用软件模拟仿真实现模型机功能，锻炼学生动手能力。教学中融入思政元素：厚植中华传统美德，弘扬民族和时代精神，重视自主研发，注重自主知识产权，培养自力更生艰苦奋斗克服困难自主学习的优秀品质。一、教学目标
(一)本讲的课程思政教学目标
1.根据学情有机融入思政元素，设定思政目标
通过讲解计算机整体性能使学生理解我国计算机芯片的现状（教学），用以弘扬民族精神和时代精神，让学生正确认识到我们国家经济实力以及与发达国家的差距，树立起建设强国的信心和决心。从我做起，做好自己，注重自主知识产权，注重自主研发（思政）。2.通过具体教学方法的设计与实施，实现本讲课程的教学目标，进而体现本讲课程的思政目标
通过案例中龙芯，申威芯片的设计，美国的禁售，使同学们正确认识自主研发和自主知识产权的重要性。通过案例中，华为被美国打压，制裁的困境唤醒学生民族意识，激励其奋发向上，为祖国的科技进步而努力奋斗。
(二)案例如何体现课程思政教学目标
1.对本讲课内容进行整体梳理，拆分内容，挖掘思政融入点
结合课程教学知识点，在计算机性能分析中举例分析我国巨型机和微处理器芯片的性能，使得学生正确认识我国在微处理器芯片领域的劣势，正确认识自己，不要盲目自大，树立起建设强国的信心和决心。从我做起，做好自己，重视自主研发，重视自主知识产权。唤醒学生民族意识，激励其奋发向上，为祖国的科技进步而努力奋斗。2.根据思政目标达成度要求，选择相应教学形式，进行教学设计
为加深学生理解，形成共鸣，通过PBL问题驱动的方式，进行教学设计，带领学生沉浸其中，参与讨论，实现教学效果。二、课程思政案例内容
(一)案例的引出
1.教师活动：
A、提问，我国最快的计算机是什么？B、提问：神威·太湖之光、天河二号用的什么CPU芯片？C、提问，你的电脑用的是什么芯片？D、提问，你的手机用的是什么芯片？E、提问，生产芯片到底有多难？2.学生活动
回答与讨论。(二)案例内容（7分钟）
1.授课内容：
根据讨论提问的结果，学生们会提到我国的神威·太湖之光和天河二号，下面给同学们介绍一下这两台超级计算机。神威·太湖之光超级计算机安装了40960个中国自主研发的“申威26010”众核处理器，该众核处理器采用64位自主申威指令系统，峰值性能为12.5亿亿次/秒，持续性能为9.3亿亿次/秒。申威由总参谋部第五十六研究所（无锡江南计算技术研究所）设计。2016年6月20日，在法兰克福世界超算大会上，国际TOP500组织发布的榜单显示，“神威·太湖之光”超级计算机系统登顶榜单之首， 不仅速度比第二名“天河二号”快出近两倍，其效率也提高3倍；11月14日，在美国盐湖城公布的新一期TOP500榜单中，“神威·太湖之光”以较大的运算速度优势轻松蝉联冠军；11月18日，我国科研人员依托“神威·太湖之光”超级计算机的应用成果首次荣获“戈登·贝尔”奖，实现了我国高性能计算应用成果在该奖项上零的突破。2017年5月，中华人民共和国科学技术部高技术中心在无锡组织了对“神威·太湖之光”计算机系统课题的现场验收。专家组经过认真考察和审核，一致同意其通过技术验收；11月13日，全球超级计算机500强榜单公布，“神威·太湖之光”以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度第四次夺冠。2018年11月12日，新一期全球超级计算机500强榜单在美国达拉斯发布，中国超算“神威·太湖之光”位列第三名。2019年11月18日，全球超级计算机500强榜单发布，中国超算“神威·太湖之光”排名第三位。
“凭借一套搭载本土自主研发处理器芯片的世界一流超级计算机系统，中国巩固了在这一计算机最高领域的领导地位。”《华尔街日报》20日称，“神威·太湖之光”是中国首台未使用美国芯片技术且运行速度排名世界第一的计算机。“此前位列第一的‘天河二号’使用了英特尔公司研发的芯片，去年出台的一项美国出口禁令使该系统未能获得升级所需芯片。” “天河二号”是由国防科学技术大学研制的超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为2013年全球最快超级计算机。2014年11月17日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第四次获得冠军。2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学N体数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程 。同时这是当时（至2015年）为止世界上粒子数最多的N体模拟；11月16日，全球超级计算机500强榜单在美国公布，“天河二号”超级计算机以每秒33．86千万亿次连续第六度称雄。2016年6月20日，新一期全球超级计算机500强榜单公布，使用中国自主芯片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首。2018年11月12日，新一期全球超级计算机500强榜单在美国达拉斯发布，中国超算“天河二号”位列第四名。2019年11月18日，全球超级计算机500强榜单发布，中国超算“天河二号”排名第四位。 天河2号由16000个节点组成，每个节点有2颗基于Ivy Bridge-E Xeon E5 2692处理器和3个Xeon Phi,累计共有32000颗Ivy Bridge处理器和48000个Xeon Phi,总计有312万个计算核心。正如《华尔街日报》所说，我国863计划持续支持超级计算系统的研发，但在处理器设计制造方面，相当一段时间都不能摆脱受制于人的局面。2015年4月，美国商务部发布公告，决定禁止向中国4家国家超级计算机机构出售“至强”(XEON)芯片。当时张云泉在接受《环球时报》专访时表示，禁售短期内可能造成“天河二号”升级计划拖延，但长期来看“是倒逼中国推进超算国产化战略的重要机遇”。2.教学活动：
主题讨论、问题驱动3.元素融入：
弘扬民族精神和时代精神的高度，让学生正确认识到我们国家经济实力以及和发达国家的差距，树立起建设强国的信心和决心；唤醒学生民族意识，激励其奋发向上，为祖国的科技进步而努力奋斗。三、分析讲解
（一）重点分析：案例与本讲内容的关联度
本讲课的内容是“1.2计算机系统的基本组成，1.3 计算机的性能指标”，知识性的教学目标是掌握计算机的基本组成与结构，存储程序与冯.诺依曼计算机，计算机的各项性能指标，如何评价计算机系统的性能等问题，通过讨论世界上最快的计算机引入案例，自然而贴切。(二)如何达成课程思政预期目标：采取适宜的教学方法和教学模式。
1.教学设计
案例导入使用参与式课堂活动的方法，将学生带入亲身的经历体验中，通过提问讨论的方式引出太湖神威和天河二号，进一步引出龙芯的研制。引出华为手机麒麟芯片，最后通过小视频展示芯片内部结构回答到底有多难。2.教学方法与模式
案例说明使用讲授法，重点介绍太湖神威是自研芯片，天河二号是Intel志强处理器。重点强调2015年4月，美国商务部发布公告，决定禁止向中国4家国家超级计算机机构出售“至强”(XEON)芯片。分析此禁售的利与弊，禁售短期内造成“天河二号”升级计划拖延，但长期来看“是倒逼中国推进超算国产化战略的重要机遇”。进一步的在手机芯片领域华为被美国制裁不断升级，虽然华为有世界顶级的手机芯片设计能力，但自己不能生产，导致到20.9.14没有企业能为其代工生产。在最后的总结性的讲授中，在宏观背景下将本案例提升到弘扬民族精神和时代精神的高度，让学生正确认识到我们国家经济实力以及和发达国家的差距，树立起建设强国的信心和决心；唤醒学生民族意识，激励其奋发向上，为祖国的科技进步而努力奋斗。从我做起，做好自己，实现专业和职业理想，小芯片看大世界，这是关乎国家安危的大事件，使得同学们正确认识自主研发的，自主知识产权的重要性。同时呼吁同学们多用国货，理性看待进口商品。四、教学设计
五、教学视频
感谢人工智能学院
于复兴老师供稿
教师教学发展中心
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