融合課程思政的“操作系統(tǒng)”教學(xué)探索與實(shí)踐

吳志澤，檀 明，鄒 樂，王曉峰

(合肥學(xué)院 人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，合肥 230601)

落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵在于全面推進(jìn)高校專業(yè)課程的課程思政建設(shè)。習(xí)近平總書記曾在全國高校思想政治工作會議上，強(qiáng)調(diào)“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”。他指出“各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”。[1]至此，“課程思政”作為新的教育教學(xué)理念被正式提出。另外，互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、大數(shù)據(jù)等方面的發(fā)展，驅(qū)動高校課程體系的變革和課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新。[2]如何提煉思政元素，融合思政內(nèi)容，建立有效的高校專業(yè)課程思政教學(xué)模式是當(dāng)下較有價值的教學(xué)研究問題。

操作系統(tǒng)是計算機(jī)專業(yè)核心課程，從系統(tǒng)層面梳理計算機(jī)專業(yè)知識，該課程對培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維具有重要作用；同時是面向“自主可控、安全可信”的信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)人才不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)。目前針對操作系統(tǒng)的課程思政研究主要分為融合思政素材的課程講授[3, 6, 7]與課程思政元素挖掘[4，5]兩個方面。

如在思政案例分析方面，金虎提出以思政元素挖掘為切入點(diǎn)，融入典型案例于操作系統(tǒng)課程講授環(huán)節(jié)。[3]李錦宏等提出思政元素挖掘到教學(xué)案例相結(jié)合的操作系統(tǒng)課程思政建設(shè)思路。[6]此外，丁凱孟等探討了人工智能時代的操作系統(tǒng)課程思政的目標(biāo)、方法以及對專業(yè)課教師的育德能力要求，并結(jié)合操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，挖掘?qū)I(yè)思政元素，指出人工智能在操作系統(tǒng)課程思政的實(shí)施過程中存在的問題。[7]劉海玲等提出以案例式教學(xué)模式為載體，以唯物辯證法塑思維，以愛國主義情感造靈魂，以職業(yè)素養(yǎng)強(qiáng)內(nèi)涵，探究“操作系統(tǒng)原理”課程開展思想政治教育的實(shí)施策略、方案以及途徑。[11]孫強(qiáng)等人從課程目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)評價改進(jìn)、課程教學(xué)內(nèi)容中思政元素融入、課程教學(xué)模式改革和課程思政對授課教師要求等方面，探討操作系統(tǒng)的課程思政建設(shè)之路。[14]

另一方面，王麗芳等以操作系統(tǒng)中進(jìn)程同步與互斥為例，圍繞教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析，將BOPPPS 模型引入教學(xué)過程，在模型的不同部分融入了不同的思政元素，提高了學(xué)生的參與度和主動性，激發(fā)了學(xué)生投身國產(chǎn)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的愛國情懷。[4]張玉琢等圍繞操作系統(tǒng)發(fā)展過程、進(jìn)程調(diào)度、并發(fā)控制及儲存管理四個方面的內(nèi)容，挖掘思政內(nèi)容，提煉社會主義核心價值觀、大國崛起、科學(xué)精神、工匠精神、創(chuàng)新精神、折中與平衡的哲學(xué)思想。[5]此外，宋虹等引入多模態(tài)教學(xué)方法，并通過剖析課程專業(yè)知識中的思政教育元素，將思政、多模態(tài)教學(xué)方法和知識教學(xué)相結(jié)合，形成“課程思政+ 多模態(tài)”的操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)過程。[10]桂小林等根據(jù)Linux 基礎(chǔ)課程特點(diǎn)，提出從課程相關(guān)的人物、企業(yè)以及課程的重要思想中挖掘思政元素，介紹利用學(xué)習(xí)通以及雨課堂工具開展線上線下混合式教學(xué)的過程。[12]丁凱孟等在操作系統(tǒng)的教學(xué)中引入思政理論，并通過人工智能技術(shù)將思政元素融入操作系統(tǒng)的教學(xué)過程。[13]廖麗嶸等從操作系統(tǒng)引論、處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理和操作系統(tǒng)與用戶之間的接口等方面，對思政元素進(jìn)行挖掘，將正確的世界觀、政治觀、社會主義核心價值觀、科學(xué)的人生觀和社會主義道德觀等有機(jī)地融入到操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，把思想政治工作貫穿到教學(xué)全過程。[15]

上述研究對促進(jìn)操作系統(tǒng)課程思政建設(shè)具有重要意義，但目前在課程思政視域下如何系統(tǒng)性開展操作系統(tǒng)教學(xué)方法研究較少。與現(xiàn)有工作不同的是，本文提出從專業(yè)內(nèi)容中提煉思政元素與教學(xué)過程中融入思政案例同步教學(xué)設(shè)計，構(gòu)建思政與專業(yè)的雙向滲透的課程思政教學(xué)模式。

1 操作系統(tǒng)課程思政的必要性

高校專業(yè)課程思政勢在必行。課程思政不僅是一種新的教育教學(xué)理念，同時也是一種新的思維方式。思政內(nèi)容潛移默化的融入課堂教學(xué)與專業(yè)課與思政課程間相互滲透，是實(shí)現(xiàn)兩者的教學(xué)效果并舉的關(guān)鍵所在。現(xiàn)階段高校計算機(jī)專業(yè)課程仍主要追求讓學(xué)生掌握更多的專業(yè)知識和技能，專業(yè)課程思政教育更多地流于形式。[9]迫切需要“不言之教，無形而心成”的思政元素融入專業(yè)課堂教學(xué)，將思政教育隱性地融入每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，形成顯著度的課程思政教學(xué)效果。

操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)控制和管理整個計算機(jī)軟硬件資源并使之協(xié)調(diào)工作，任何計算機(jī)都離不開操作系統(tǒng)。2018年4月23日《科技日報》的文章《喪失先機(jī)，沒有自研操作系統(tǒng)的大國之痛》，提出我國被卡脖子的核心技術(shù)之一就是沒有自研操作系統(tǒng)，可見操作系統(tǒng)對國家的發(fā)展的重要性，這也是我國亟待攻克的核心技術(shù)。同時，“操作系統(tǒng)”是計算機(jī)類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，在計算機(jī)各專業(yè)的課程體系中起著承接基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的作用。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本原理及組成結(jié)構(gòu)；掌握計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念和相關(guān)的新概念、名詞及術(shù)語；理解操作系統(tǒng)各組成部分之間的關(guān)系、總體結(jié)構(gòu)和綜合工作原理；了解計算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)、設(shè)計技巧和方法；培養(yǎng)學(xué)生分析、修改和設(shè)計操作系統(tǒng)的能力；在此基礎(chǔ)上建立日后能夠從事開發(fā)“自主可控、安全可信”國產(chǎn)操作系統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)。

當(dāng)下，探究融合課程思政的操作系統(tǒng)教學(xué)研究相當(dāng)必要和緊迫：一方面，“技術(shù)實(shí)踐”和“價值引領(lǐng)”是同向同行的，內(nèi)容上是有機(jī)統(tǒng)一的；另一反面，培養(yǎng)具有家國情懷、創(chuàng)新能力和工匠精神的信創(chuàng)人才，實(shí)現(xiàn)我國從信息產(chǎn)業(yè)大國成為信息產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國勢在必行。

2 操作系統(tǒng)教學(xué)中的思政主題融入與思政元素挖掘

以“學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范教育”“愛國主義和科技強(qiáng)國教育”為思政主題融入操作系統(tǒng)課程講授，同時探討操作系統(tǒng)專業(yè)知識點(diǎn)中“唯物辯證法”思政元素，研究操作系統(tǒng)課程思政建設(shè)方案并進(jìn)行實(shí)踐，強(qiáng)化顯性思政，細(xì)化隱形思政，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思政內(nèi)容的雙向融合滲透。

2.1 學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范教育

培育具有專業(yè)素養(yǎng)的人才，學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范教育是不可忽略的必修課。專業(yè)課程學(xué)習(xí)并非限于其本身的知識概念。針對像“操作系統(tǒng)”這樣的計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，通常會涉及到課程報告和課程實(shí)驗，該類內(nèi)容的嚴(yán)格把關(guān)，有助于培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能。但目前相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源極其豐富，有必要強(qiáng)調(diào)學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范。再者，操作系統(tǒng)是計算機(jī)專業(yè)高年級專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程學(xué)習(xí)的完成，也將迎來本科畢業(yè)論文的撰寫。此外，在操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過程中，也可發(fā)現(xiàn)目前操作系統(tǒng)仍存在眾多難點(diǎn)問題，本課程的學(xué)習(xí)是研究攻關(guān)相關(guān)難點(diǎn)問題的最為基礎(chǔ)的部分。在國家層面，教育部在2009年3月發(fā)出的《關(guān)于嚴(yán)肅處理高等學(xué)校學(xué)術(shù)不端行為的通知》，重點(diǎn)指出：“發(fā)生在少數(shù)人身上的學(xué)術(shù)不端行為，敗壞了學(xué)術(shù)風(fēng)氣，損害了學(xué)校和教師隊伍影響，必須采取措施加以解決，絕不姑息”，旨在從國家層面警戒同學(xué)們我國對學(xué)術(shù)規(guī)范教育的嚴(yán)格要求，絕不姑息敗壞學(xué)術(shù)風(fēng)氣的不端行為。因此，無論是本科專業(yè)學(xué)習(xí)還是將來的學(xué)術(shù)研究，學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范教育是本課程思政教學(xué)設(shè)計不得不考慮一項重要內(nèi)容。

在授課中，加入學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范教育內(nèi)容，尤其強(qiáng)調(diào)對抄襲和討論的界定標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵學(xué)生討論，嚴(yán)懲學(xué)生抄襲，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)術(shù)道德觀和價值觀。闡述在申請項目、實(shí)施研究、報告結(jié)果過程中出現(xiàn)的偽造、篡改或抄襲行為，特別是結(jié)合現(xiàn)實(shí)案例重點(diǎn)講述了發(fā)生頻率最高、最普遍的抄襲剽竊行為、偽造篡改以及在署名和投稿中的學(xué)術(shù)不端行為；同時，結(jié)合自身經(jīng)驗傳授了如何以科學(xué)正確的方式吸收借鑒前人的研究成果并拓展學(xué)術(shù)之路。

2.2 愛國主義和科技強(qiáng)國教育

“培養(yǎng)什么人，是教育的首要問題。我國是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的社會主義國家，這就決定了我們的教育必須把培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人作為根本任務(wù)……”。在操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中，以小講堂(小故事)的形式，為學(xué)生講述國產(chǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展史，在使學(xué)生充分了解我國自主研發(fā)的操作系統(tǒng)整體情況的同時，激發(fā)學(xué)生投身國產(chǎn)操作系統(tǒng)研發(fā)的愛國情懷，培養(yǎng)學(xué)生大國工匠精神以及為國奉獻(xiàn)的優(yōu)良品質(zhì)。

如在介紹操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和核心技術(shù)過程中，強(qiáng)調(diào)自主知識產(chǎn)權(quán)對國家主權(quán)和國家實(shí)力的重要意義。具體，可結(jié)合操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，特別是我國操作系統(tǒng)長期處于落后狀況的現(xiàn)實(shí)困局，指出作為智能終端軟硬件的橋梁，操作系統(tǒng)需要直接連接終端的CPU以及桌面軟件，想要完成一款優(yōu)秀的全鏈國產(chǎn)化操作系統(tǒng)，必須擁有與之適配的算力水平的國產(chǎn)芯片以及豐富的軟件生態(tài)；激發(fā)學(xué)生勇于擔(dān)當(dāng)、積極投身國家重大需求的愛國熱情，努力尋求芯片技術(shù)方面的突破，抓住在國產(chǎn)汽車，比如自動駕駛技術(shù)的車載操作系統(tǒng)，國產(chǎn)服務(wù)器以及數(shù)碼產(chǎn)品等非PC、手機(jī)端系統(tǒng)整合上升機(jī)會；結(jié)合操作系統(tǒng)安全問題中的人為因素，正面引導(dǎo)學(xué)生自覺培養(yǎng)遵紀(jì)守法的公民道德；結(jié)合UNIX/Linux發(fā)展簡史，適時引入操作系統(tǒng)領(lǐng)域圖靈獎獲得者及貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極探索的科學(xué)精神。

結(jié)合當(dāng)下時局，特別是跟操作系統(tǒng)及計算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的一些事件的發(fā)生，豐富了課程講義，適時地穿插一些與課程相關(guān)的時事政治，譬如美國封堵壓制華為無所不用其極的丑態(tài)，使學(xué)生明白“科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng)，核心科技是不能輕易引進(jìn)的”，鼓勵學(xué)生要珍惜時間，腳踏實(shí)地，奮發(fā)學(xué)習(xí)，并引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)清計算機(jī)系統(tǒng)安全的重要性及國家重大需求所在，激發(fā)和啟發(fā)學(xué)生敢于擔(dān)當(dāng)操作系統(tǒng)研發(fā)重任的熱情。

最后，設(shè)置討論交流環(huán)節(jié)，寓教于樂，在吸引學(xué)生注意力、增加學(xué)生課堂參與度的同時，加強(qiáng)學(xué)生愛國主義和科技強(qiáng)國教育，鼓勵學(xué)生立志投身于計算機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，為我國發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2.3 唯物辯證法教育

如何打破思想政治理論課教學(xué)和專業(yè)課教學(xué)在價值觀教育上“兩張皮”的現(xiàn)象，一直是課程思政難點(diǎn)問題。本文嘗試從操作系統(tǒng)課程專業(yè)知識點(diǎn)提煉其唯物辯證法的哲學(xué)思想。

具體地，仔細(xì)分析授課知識內(nèi)容，提煉操作系統(tǒng)專業(yè)內(nèi)容中的思政元素，在核心知識點(diǎn)中加入唯物辯證法教育內(nèi)容，引發(fā)學(xué)生思考和討論，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思辨能力。以下以操作系統(tǒng)中進(jìn)程調(diào)度、死鎖處理及內(nèi)存管理為例，分析其中的唯物辯證法思政元素。

(1)進(jìn)程調(diào)度算法中的唯物辯證觀。沒有哪一種算法是放之四海皆準(zhǔn)；時間片輪轉(zhuǎn)、先來先服務(wù)、優(yōu)先級、高響應(yīng)比優(yōu)先等進(jìn)程調(diào)度算法存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)；根據(jù)實(shí)際場景對操作系統(tǒng)的需求，確定主要矛盾，選擇算法。進(jìn)程調(diào)度算法存在以下專業(yè)要點(diǎn)：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法(RR)，為每個進(jìn)程分配不超過一個時間片的CPU。時間片用完后，該進(jìn)程將被搶占并插入就緒隊列末尾，循環(huán)執(zhí)行；先來先服務(wù)調(diào)度算法(FCFS)，按照作業(yè)到達(dá)的先后次序來進(jìn)行調(diào)度；優(yōu)先級調(diào)度算法(HPF)，基于作業(yè)/進(jìn)程的緊迫程度，由外部賦予作業(yè)相應(yīng)的優(yōu)先級，調(diào)度算法根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度；高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法：根據(jù)響應(yīng)時間與要求服務(wù)時間的比值大小選擇作用或進(jìn)程。

(2)死鎖處理中的發(fā)展觀。操作系統(tǒng)中進(jìn)程請求資源促成了死鎖的產(chǎn)生，而放棄或拒絕請求是死鎖預(yù)防和避免的手段；對死鎖的處理又是發(fā)展的，其實(shí)質(zhì)就是事物的前進(jìn)、上升，是新事物代替舊事物。操作系統(tǒng)中死鎖處理方法存在以下專業(yè)要點(diǎn)：預(yù)防死鎖，破壞產(chǎn)生死鎖的必要條件；避免死鎖，動態(tài)檢查資源分配狀態(tài)以確保不會出現(xiàn)循環(huán)等待的情況；檢測與解除死鎖，當(dāng)系統(tǒng)為進(jìn)程分配資源時，若未采取任何限制性措施，則系統(tǒng)必須提供檢測和解除死鎖的手段。

(3)內(nèi)存管理機(jī)制中的對立統(tǒng)一。內(nèi)存管理機(jī)制包括分頁存儲管理與分段儲存管理，其間關(guān)系存在對立統(tǒng)一規(guī)律。一方面，分頁和分段系統(tǒng)都采用離散分配方式，且都要通過地址映射機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)地址變換，兩者在總體結(jié)構(gòu)上是統(tǒng)一的；另一方面，頁是從系統(tǒng)角度定義的，段是從用戶角度定義的，分別側(cè)重于系統(tǒng)管理與用戶控制，體現(xiàn)了其間對立的一面。內(nèi)存管理機(jī)制中的專業(yè)要點(diǎn)如下：分頁存儲管理是將用戶邏輯地址空間與內(nèi)存物理空間分別分成若干個大小相同的頁面和物理塊，通過地址映射機(jī)構(gòu)實(shí)行其間的地址轉(zhuǎn)換；在分段式存儲管理系統(tǒng)中，為每個分段分配一個連續(xù)的分區(qū)。進(jìn)程中的各個段可以離散地裝入內(nèi)存中不同的分區(qū)中，類似于分頁系統(tǒng)，在系統(tǒng)中為每個進(jìn)程建立一張段映射表(段表)，用于實(shí)現(xiàn)從邏輯段到物理內(nèi)存區(qū)的映射。

3 混合教學(xué)模式助力課程思政建設(shè)

通過線上線下混合教學(xué)模式，重構(gòu)了課程知識體系，優(yōu)化了教學(xué)過程，充分運(yùn)用國家精品課程資源，把課堂延伸至隨時隨地，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)?；旌鲜浇虒W(xué)不僅能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能動性，還有助于培養(yǎng)學(xué)生誠信的學(xué)習(xí)態(tài)度，積極的創(chuàng)新意識。自主學(xué)習(xí)后通過設(shè)置在線測試，使學(xué)生學(xué)習(xí)有目標(biāo)、有競爭、有挑戰(zhàn)；線下見面課，打破原有知識灌輸學(xué)生被動接受式傳統(tǒng)課堂模式，以思政目標(biāo)和能力目標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn)行課堂革命，通過大量的案例式、啟發(fā)式、研討式、分組對抗等教學(xué)方式解決課程重難點(diǎn)問題，增強(qiáng)課程挑戰(zhàn)度和高階性，極大提升了學(xué)生課堂參與度。

如圖1所示，采用多元化教學(xué)方法和手段，利用手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“線上+線下”的混合式教學(xué)，使思政教育入腦入心。通過“雨課堂”智慧教學(xué)平臺給學(xué)生推送相關(guān)資料和案例，把思政教育資源切實(shí)融入操作系統(tǒng)課堂，督促學(xué)生進(jìn)行課外學(xué)習(xí)和討論，并及時與學(xué)生互動，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和效果。課堂上針對包含思政元素的教學(xué)內(nèi)容，采用案例教學(xué)和課堂討論的形式啟發(fā)學(xué)生深度思辨，提高學(xué)生的認(rèn)識和覺悟，鍛煉思維和口才。采取情景模擬、角色扮演、實(shí)地參觀、企業(yè)專家講座等方式，使學(xué)生在實(shí)踐中對專業(yè)知識和價值引領(lǐng)產(chǎn)生更直觀的感受和深刻的印象，培養(yǎng)學(xué)生科研報國的責(zé)任感和使命感，除舊布新的創(chuàng)新意識和能力，求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，滿足課程思政視域下應(yīng)用型高校計算機(jī)專業(yè)操作系統(tǒng)教學(xué)改革的要求。

圖1 混合教學(xué)模式下的課程思政

4 總 結(jié)

本文在“堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程和教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人”的理念指導(dǎo)下，首先分析了融合課程思政的操作系統(tǒng)教學(xué)方法研究的必要性，接著以“學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范”“愛國主義和科技強(qiáng)國”為思政教育主題，提煉操作系統(tǒng)專業(yè)課程中“唯物辯證法”思政元素，探討了操作系統(tǒng)專業(yè)與思政元素相互滲透融合的教學(xué)建設(shè)模式，充分利用課堂教學(xué)主渠道，發(fā)掘課程的育人功能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力，激發(fā)師生互動和協(xié)作，培養(yǎng)愛國主義情懷。