计算机操作系统“课程思政”教学实践探索

张玉琢 肖 飞 向 宇

（云南师范大学信息学院，云南 昆明650224）

引 言

在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记强调“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人[1]。”同时，习近平总书记在讲话中还强调：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，其它各门课要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[1]。”至此，“课程思政”这一新的教育教学理念被正式提出，其涵义就是：传授知识培养能力和思想政治教育双重功能要通过大学的所有课程来体现，各门专业课程中蕴含的思想政治教学资源要被充分挖掘和运用，把社会主义核心价值观、创新创业教育贯穿教育教学全过程，培养学生的社会责任意识和实践技能，使其健康成长，从而使其在国家的建设发展中发挥重要的作用。

一、计算机“操作系统”开展“课程思政”教学改革的优势

操作系统是计算机专业核心课程，在计算机知识结构中有着重要的地位和作用，旨在全面系统地介绍操作系统的体系结构、设计机理及实现方法与技术，包括自启动装入，系统调用、进/线程概念、同步/通信机制、CPU调度算法，死锁处理、基于分区/分段的内存管理及虚拟存储、设备管理、文件系统等[5]，通过本课程的学习，让学生掌握操作系统的基本概念和功能，理解现代操作系统的实现原理、方法、算法和相应的数据结构，帮助学生建立系统级概念[2]，并将操作系统实现原理用于软件的设计与开发中。

计算机操作系统的性质和在专业中的地位决定在本课程中从事思政教育具有得天独厚的优势：

（1）受众面广，由于该课程是面向计算机专业、软件工程专业、大数据专业、网络工程专业和其它理工类专业，所以在该课程中进行思政教育可以受益于多个专业的学生。

（2）课程支撑的毕业要求和要求的毕业生能力与思政教育同向而行：该课程的教学目的是使学生掌握计算机核心系统的工作原理及其构造方法，从系统角度认知计算机操作系统的功能和非功能属性，未来学生在进行系统软件和应用软件的分析、设计时，能够综合考虑软件工程实际应用中的社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，给出合理的设计方案和设计结果。

（3）课程内容可以与思政教育衔接，操作系统研究的是原理、技术和方法论。其所讲授的内容是操作系统发展过程中保留下来的精华，处处闪耀着人类思想的光芒[3]，体现了操作系统理论和技术中最核心、最令人鼓舞的创新内容，该课程内容中蕴含的哲学思想通常具有普遍性，包含的思政元素通常具有现实教育意义。因此，计算机操作系统课程中实施“课程思政”教学改革具有诸多有利的因素。

二、“操作系统”开展“课程思政”的教学方法探索

专业教育与思政教育的结合不能是突兀与生硬的，教学过程当中应当秉承“润物细无声”的教学原则[4]，以潜移默化的形式将两者有机地结合起来。一方面不能摒弃专业理论课程的教学任务，将所有的专业课程教学改变成思想政治课堂；另一方面也不能为了改变而改变，将思政教学内容突兀地加入到正常的教学过程当中。

为了达到课程的专业教学和思政教学目的，提高学生接受专业知识的能力和理解思政案例的意义，采用案例讲解法和思考讨论法相结合的教学形式进行教学。其中，案例讲解法主要通过思政案例引出相应的专业知识点，以帮助学生更好地理解专业知识；思考讨论法则是以案例为讨论中心点，充分发挥学生主观能动性，思考案例所反映的知识点和思政元素内容。

三、“操作系统”开展“课程思政”的实践内容

计算机专业学生就业范围广，具有鲜明的理工学生特点，在开展“课程思政”时，我们要注重社会主义核心价值观、优秀传统文化、科学精神、学术素养、家国情怀等内容的培养，满足学生不断增长的精神文化需求[4]。

“操作系统”是计算机相关专业的一门专业基础课、核心课,涉及到的内容包括：操作系统概述、进程管理、内存管理、设备管理和文件管理[2]。其特点是理论内容抽象，繁多。该课是建立及训练学生系统能力的核心课程[2]，其前导课程包括计算机文化基础、程序设计基础，计算机原理、数据结构、算法设计等课程。

“操作系统”是一门相对难度较高、学生兴趣匮乏的专业课。要想在这类课程中开展“课程思政”教学实践，教师必须是坚持学科专业的性质不变、本位不变[4]基础上,去挖掘本学科的内在哲理、价值、传授给学生。笔者通过实践与研究，在“操作系统”课程中开展了“课程思政”实践教学工作，在专业课程的知识体系中找到与思政教育的“映射点”，进行了精心设计, 从以下四个方面进行了思政内容的挖掘，将社会主义核心价值观、大国崛起，科学精神与工匠精神、创新精神、折中与平衡的哲学思想潜移默化地融入到操作系统的专业教学中，从而达到思政教育的目的。

（一）操作系统发展过程中蕴含的思想政治内容

早期的计算机没有装配操作系统，是人工操作阶段，这阶段是用户独占全机而且需要CPU等待人工操作，为了改变计算机资源利用率，引入了脱机输入/输出技术[5]，但其效果有限。为了解决人机矛盾以及I/O设备间同CPU的矛盾，单道批处理由此产生[5]，在监督程序的控制下，完成作业的连续处理，但内存中始终只保存一道作业，这个阶段，I/O操作时CPU要等待很长时间，存在严重内存浪费。为了解决系统资源利用率低和系统吞吐量小的问题，让内存中装有多道程序，能够并发地处理多道程序，引入了多道批处理系统[5]，这改善了CPU的利用率，有效提高了系统吞吐量，但系统没有交互能力。分时系统解决了这个问题，实现了人机交互，与多道批处理相比，分时系统中作业直接进入内存，采用了时间片轮转的方式保证用户同作业交互的及时性，允许用户分别使用不同终端，彼此间互不干扰地交互式访问系统资源，分时系统极大地提高了资源的利用率；但在实时性和可靠性高的领域，分时系统是远远不够的，这要用到实时系统，实时系统能及时响应外部请求，在规定时间内完成对指定事件的处理，实时系统有高可靠性，它采用多路容错机制来保证系统的安全。近年来，操作系统朝向并行化、网络化、便捷性、融合性方向发展。在此，我们除了专业的学习外，自然地融入思政科学观：事物的发展有其自身的规律，是“需求”驱动了新事物的发展，坚持用发展的观点看问题。操作系统的发展历程就是遇到问题，解决问题的过程；此过程中蕴含了两点论和重点论的统一，当主要矛盾和次要矛盾并存时，要先解决主要矛盾，再兼顾次要矛盾；同样的道理，引导将来学生未来从事软件开发要从用户需求入手，功能实现性能保证是核心、用户使用是终点。

在操作系统的这部分教学中，我们还增设了以下内容：

①让学生了解我国操作系统发展历程，理清我国操作系统的发展脉络；

②我国享誉海外的天河千万亿次巨型计算机，华为的鸿蒙操作系统研制成功；这些增设通过课堂讲解和课下观看视频的方式传授给学生，达到我们课程思政的育人目的：胸怀祖国的爱国主义精神，团结协作的科研团队精神，志在高峰的求实创新精神，奋勇拼博的拼博奉献精神。

（二）“进程调度”中蕴含的思想政治内容

在多道程序设计环境下，可提高CPU的利用率，多个进程可并发执行，但CPU只有一个，存在诸多进程互相竟争使用CPU的问题，这会不会出现系统紊乱的现象？这就涉及到CPU资源怎样分派即进程调度问题。先来先服务调度算法是最常用到的，看似公平，但会导致短作业等待时间长，那么若短进程优先调度又会对长进程不利，甚至会导致长作业“饿死”，我们把以上两者综合得到最高响应比优先算法，这个算法既照顾了长作业也考虑到了短作业。但若碰到需紧急处理的任务，以上算法是不适应的，则引入了最高优先数优先的算法，当一进程所对应的事件紧迫，则赋予这样的进程较高优先级，甚至让这样的进程可强行剥夺CPU资源去运行。针对分时操作系统而采用循环轮转算法，对通用操作系统采用分类排队算法，若考虑到短进程不被“饿死”，紧迫的进程优先执行及提高设备资源利用率和降低系统开销，可采用反馈排队算法。学生通过这些算法的学习，有利于学生加深算法中蕴含的哲学问题的思考，树立正确的人生观，价值观。这可引申到大学生在社会生活中处理问题时，把普遍与特殊相结合，既要考虑对一般情况的处理，又要对特殊情况给予照顾，优先考虑，不片面，不激端，全面地考虑和处理问题。

提高并发度可以提高系统资源利用率，从而提高系统效率，但并发度过高会导致激烈的资源竟争而使进程经常等待其它进程所占用的资源，从而降低进程推进速度，甚至可能导致死锁，增加系统开销。计算机系统采用交换技术来控制并发度[5]，当系统并发度过高时，将内存中的某些进程暂时交换到外存，待以后系统并发度较低时再换回内存。可见，并发的“度”适中，才可能让系统效率达到最大。在此，教师融入哲学思辩：任何事物包含对立统一的两方面，也包含折中与平衡的哲学思想，即在性能与复杂度间寻求平衡，时间换空间与空间换时间的折中，引导学生理解这种设计思想或哲学，全面综合客观地看待一些生活学习中的问题，天下没有完美的事物，解决问题时，能把握一定的尺度，不绝对，形成完善的人格。

（三）“并发控制”中蕴含的思想政治内容

在多道程序设计环境下，进程不是孤立的存在，进程之间存在相互关系，会相互制约、相互作用。并发进程失去了顺序程序的良好特性，取而代之的是多个进程是交叉执行的，一个进程的运行环境可能被其它进程所改变，从而互相产生影响，并发进程多次运行结果不可再现；这就是并发程序中临界区互斥与同步的问题，若不能根据并发程序特征正确、恰当地解决互斥、同步问题，程序会出现跟时间有关的错误。进程互斥的方法有软件方法、硬件的方法、信号量的方法、管程、消息通信，我们重点讲解硬件的方法、信号量的方法、消息通信。这部分是本课程的难点及重点，同样可以融入思政科学观——辩证法的矛盾统一规律：任何事物内部都是矛盾的统一体，矛盾是事物发展变化的源泉、动力。进程在执行过程中就会遇到互斥问题和同步问题，就如矛盾统一体：互相区别、互相排斥又互相依存、互相依赖，事物是普遍联系的，要用联系的观点看问题。

（四）存储管理中蕴含的思想政治内容

在主存管理中，连续存储管理和离散存储管理有一个共同点，要求将作业全部装入内存后才能运行，这带来一个问题——“小内存大作业”，即作业的尺寸不能超过内存量，这极大地限制了软件技术的发展。为解决“小内存大作业”问题，最容易想到的办法是增加内存容量，但这个办法不仅增加成本，还受到计算机体系结构限制，并不能一劳永逸地解决问题。对此，教师要引导、启发学生在作业上动脑筋，如果不把作业全部装入内存，而仅仅装入当前运行所需的部分，其余部分留在辅存上，需要时再装入内存，作业不必全部装入内存就能运行，基于这一思想，引入虚拟存储管理技术[3]，即在逻辑上增加内存容量的方法，从而引入虚拟存储技术的设计与实现。教师进一步引导学生分析这个问题的解决方法来启发学生积极思考，最大限度调动学生积极性，培养学生发现问题，分析问题、解决问题的综合能力，培养学生创新思维意识和能力。

四、结束语

“课程思政”是高校实现立德树人根本目标的必然选择,也是高校课程教学改革的必然趋势。“课程思政”使得思想政治理论课与专业课的互通变得可能，架起了思政课程与专业课的沟通桥梁。“课程思政”的实施还处于探索阶段，虽已取得了一定的效果，但教师的“课程思政”水平、思政内容的内涵和深度挖掘、思政内容融入方式等方面，还有待于进一步提高。因此，只有进一步加强“课程思政”的实施范围和深度，高校才能在教会学生技能的同时，不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养，让学生成为德才兼备、全面发展的人才。