融合课程思政的“操作系统”教学探索与实践

吴志泽，檀 明，邹 乐，王晓峰

(合肥学院 人工智能与大数据学院，合肥 230601)

落实立德树人根本任务的关键在于全面推进高校专业课程的课程思政建设。习近平总书记曾在全国高校思想政治工作会议上，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”。他指出“各门课都要守好一段渠、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”作为新的教育教学理念被正式提出。另外，互联网+、人工智能、大数据等方面的发展，驱动高校课程体系的变革和课堂教学模式的创新。[2]如何提炼思政元素，融合思政内容，建立有效的高校专业课程思政教学模式是当下较有价值的教学研究问题。

操作系统是计算机专业核心课程，从系统层面梳理计算机专业知识，该课程对培养学生系统思维具有重要作用；同时是面向“自主可控、安全可信”的信创产业人才不可或缺的专业基础。目前针对操作系统的课程思政研究主要分为融合思政素材的课程讲授[3, 6, 7]与课程思政元素挖掘[4，5]两个方面。

如在思政案例分析方面，金虎提出以思政元素挖掘为切入点，融入典型案例于操作系统课程讲授环节。[3]李锦宏等提出思政元素挖掘到教学案例相结合的操作系统课程思政建设思路。[6]此外，丁凯孟等探讨了人工智能时代的操作系统课程思政的目标、方法以及对专业课教师的育德能力要求，并结合操作系统的教学内容，挖掘专业思政元素，指出人工智能在操作系统课程思政的实施过程中存在的问题。[7]刘海玲等提出以案例式教学模式为载体，以唯物辩证法塑思维，以爱国主义情感造灵魂，以职业素养强内涵，探究“操作系统原理”课程开展思想政治教育的实施策略、方案以及途径。[11]孙强等人从课程目标设置、教学评价改进、课程教学内容中思政元素融入、课程教学模式改革和课程思政对授课教师要求等方面，探讨操作系统的课程思政建设之路。[14]

另一方面，王丽芳等以操作系统中进程同步与互斥为例，围绕教学目标、教学内容和学情分析，将BOPPPS 模型引入教学过程，在模型的不同部分融入了不同的思政元素，提高了学生的参与度和主动性，激发了学生投身国产信创产业的爱国情怀。[4]张玉琢等围绕操作系统发展过程、进程调度、并发控制及储存管理四个方面的内容，挖掘思政内容，提炼社会主义核心价值观、大国崛起、科学精神、工匠精神、创新精神、折中与平衡的哲学思想。[5]此外，宋虹等引入多模态教学方法，并通过剖析课程专业知识中的思政教育元素，将思政、多模态教学方法和知识教学相结合，形成“课程思政+ 多模态”的操作系统原理课程教学过程。[10]桂小林等根据Linux 基础课程特点，提出从课程相关的人物、企业以及课程的重要思想中挖掘思政元素，介绍利用学习通以及雨课堂工具开展线上线下混合式教学的过程。[12]丁凯孟等在操作系统的教学中引入思政理论，并通过人工智能技术将思政元素融入操作系统的教学过程。[13]廖丽嵘等从操作系统引论、处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和操作系统与用户之间的接口等方面，对思政元素进行挖掘，将正确的世界观、政治观、社会主义核心价值观、科学的人生观和社会主义道德观等有机地融入到操作系统的教学内容中，把思想政治工作贯穿到教学全过程。[15]

上述研究对促进操作系统课程思政建设具有重要意义，但目前在课程思政视域下如何系统性开展操作系统教学方法研究较少。与现有工作不同的是，本文提出从专业内容中提炼思政元素与教学过程中融入思政案例同步教学设计，构建思政与专业的双向渗透的课程思政教学模式。

1 操作系统课程思政的必要性

高校专业课程思政势在必行。课程思政不仅是一种新的教育教学理念，同时也是一种新的思维方式。思政内容潜移默化的融入课堂教学与专业课与思政课程间相互渗透，是实现两者的教学效果并举的关键所在。现阶段高校计算机专业课程仍主要追求让学生掌握更多的专业知识和技能，专业课程思政教育更多地流于形式。[9]迫切需要“不言之教，无形而心成”的思政元素融入专业课堂教学，将思政教育隐性地融入每一个教学环节，形成显著度的课程思政教学效果。

操作系统是计算机系统的核心软件，负责控制和管理整个计算机软硬件资源并使之协调工作，任何计算机都离不开操作系统。2018年4月23日《科技日报》的文章《丧失先机，没有自研操作系统的大国之痛》，提出我国被卡脖子的核心技术之一就是没有自研操作系统，可见操作系统对国家的发展的重要性，这也是我国亟待攻克的核心技术。同时，“操作系统”是计算机类专业开设的一门专业核心课程，在计算机各专业的课程体系中起着承接基础理论和专业知识的作用。通过该课程的学习，使学生掌握计算机操作系统的基本原理及组成结构；掌握计算机操作系统的基本概念和相关的新概念、名词及术语；理解操作系统各组成部分之间的关系、总体结构和综合工作原理；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法；培养学生分析、修改和设计操作系统的能力；在此基础上建立日后能够从事开发“自主可控、安全可信”国产操作系统的专业基础。

当下，探究融合课程思政的操作系统教学研究相当必要和紧迫：一方面，“技术实践”和“价值引领”是同向同行的，内容上是有机统一的；另一反面，培养具有家国情怀、创新能力和工匠精神的信创人才，实现我国从信息产业大国成为信息产业强国势在必行。

2 操作系统教学中的思政主题融入与思政元素挖掘

以“学术道德和学术规范教育”“爱国主义和科技强国教育”为思政主题融入操作系统课程讲授，同时探讨操作系统专业知识点中“唯物辩证法”思政元素，研究操作系统课程思政建设方案并进行实践，强化显性思政，细化隐形思政，实现专业课程与思政内容的双向融合渗透。

2.1 学术道德和学术规范教育

培育具有专业素养的人才，学术道德和学术规范教育是不可忽略的必修课。专业课程学习并非限于其本身的知识概念。针对像“操作系统”这样的计算机专业基础课，通常会涉及到课程报告和课程实验，该类内容的严格把关，有助于培养学生专业技能。但目前相关网络资源极其丰富，有必要强调学术道德和学术规范。再者，操作系统是计算机专业高年级专业基础课程。本课程学习的完成，也将迎来本科毕业论文的撰写。此外，在操作系统课程学习过程中，也可发现目前操作系统仍存在众多难点问题，本课程的学习是研究攻关相关难点问题的最为基础的部分。在国家层面，教育部在2009年3月发出的《关于严肃处理高等学校学术不端行为的通知》，重点指出：“发生在少数人身上的学术不端行为，败坏了学术风气，损害了学校和教师队伍影响，必须采取措施加以解决，绝不姑息”，旨在从国家层面警戒同学们我国对学术规范教育的严格要求，绝不姑息败坏学术风气的不端行为。因此，无论是本科专业学习还是将来的学术研究，学术道德和学术规范教育是本课程思政教学设计不得不考虑一项重要内容。

在授课中，加入学术道德和学术规范教育内容，尤其强调对抄袭和讨论的界定标准，鼓励学生讨论，严惩学生抄袭，引导学生树立正确的学术道德观和价值观。阐述在申请项目、实施研究、报告结果过程中出现的伪造、篡改或抄袭行为，特别是结合现实案例重点讲述了发生频率最高、最普遍的抄袭剽窃行为、伪造篡改以及在署名和投稿中的学术不端行为；同时，结合自身经验传授了如何以科学正确的方式吸收借鉴前人的研究成果并拓展学术之路。

2.2 爱国主义和科技强国教育

“培养什么人，是教育的首要问题。我国是中国共产党领导的社会主义国家，这就决定了我们的教育必须把培养社会主义建设者和接班人作为根本任务……”。在操作系统课程教学过程中，以小讲堂(小故事)的形式，为学生讲述国产操作系统的发展史，在使学生充分了解我国自主研发的操作系统整体情况的同时，激发学生投身国产操作系统研发的爱国情怀，培养学生大国工匠精神以及为国奉献的优良品质。

如在介绍操作系统的发展历史和核心技术过程中，强调自主知识产权对国家主权和国家实力的重要意义。具体，可结合操作系统的发展历程及国内外发展现状，特别是我国操作系统长期处于落后状况的现实困局，指出作为智能终端软硬件的桥梁，操作系统需要直接连接终端的CPU以及桌面软件，想要完成一款优秀的全链国产化操作系统，必须拥有与之适配的算力水平的国产芯片以及丰富的软件生态；激发学生勇于担当、积极投身国家重大需求的爱国热情，努力寻求芯片技术方面的突破，抓住在国产汽车，比如自动驾驶技术的车载操作系统，国产服务器以及数码产品等非PC、手机端系统整合上升机会；结合操作系统安全问题中的人为因素，正面引导学生自觉培养遵纪守法的公民道德；结合UNIX/Linux发展简史，适时引入操作系统领域图灵奖获得者及贡献，激发学生勇于创新、积极探索的科学精神。

结合当下时局，特别是跟操作系统及计算机系统相关的一些事件的发生，丰富了课程讲义，适时地穿插一些与课程相关的时事政治，譬如美国封堵压制华为无所不用其极的丑态，使学生明白“科技兴则民族兴，科技强则国家强，核心科技是不能轻易引进的”，鼓励学生要珍惜时间，脚踏实地，奋发学习，并引导学生认清计算机系统安全的重要性及国家重大需求所在，激发和启发学生敢于担当操作系统研发重任的热情。

最后，设置讨论交流环节，寓教于乐，在吸引学生注意力、增加学生课堂参与度的同时，加强学生爱国主义和科技强国教育，鼓励学生立志投身于计算机核心关键技术的研究和应用领域，为我国发展做出贡献。

2.3 唯物辩证法教育

如何打破思想政治理论课教学和专业课教学在价值观教育上“两张皮”的现象，一直是课程思政难点问题。本文尝试从操作系统课程专业知识点提炼其唯物辩证法的哲学思想。

具体地，仔细分析授课知识内容，提炼操作系统专业内容中的思政元素，在核心知识点中加入唯物辩证法教育内容，引发学生思考和讨论，培养学生的逻辑思辨能力。以下以操作系统中进程调度、死锁处理及内存管理为例，分析其中的唯物辩证法思政元素。

(1)进程调度算法中的唯物辩证观。没有哪一种算法是放之四海皆准；时间片轮转、先来先服务、优先级、高响应比优先等进程调度算法存在各自的优缺点；根据实际场景对操作系统的需求，确定主要矛盾，选择算法。进程调度算法存在以下专业要点：时间片轮转调度算法(RR)，为每个进程分配不超过一个时间片的CPU。时间片用完后，该进程将被抢占并插入就绪队列末尾，循环执行；先来先服务调度算法(FCFS)，按照作业到达的先后次序来进行调度；优先级调度算法(HPF)，基于作业/进程的紧迫程度，由外部赋予作业相应的优先级，调度算法根据优先级进行调度；高响应比优先调度算法：根据响应时间与要求服务时间的比值大小选择作用或进程。

(2)死锁处理中的发展观。操作系统中进程请求资源促成了死锁的产生，而放弃或拒绝请求是死锁预防和避免的手段；对死锁的处理又是发展的，其实质就是事物的前进、上升，是新事物代替旧事物。操作系统中死锁处理方法存在以下专业要点：预防死锁，破坏产生死锁的必要条件；避免死锁，动态检查资源分配状态以确保不会出现循环等待的情况；检测与解除死锁，当系统为进程分配资源时，若未采取任何限制性措施，则系统必须提供检测和解除死锁的手段。

(3)内存管理机制中的对立统一。内存管理机制包括分页存储管理与分段储存管理，其间关系存在对立统一规律。一方面，分页和分段系统都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换，两者在总体结构上是统一的；另一方面，页是从系统角度定义的，段是从用户角度定义的，分别侧重于系统管理与用户控制，体现了其间对立的一面。内存管理机制中的专业要点如下：分页存储管理是将用户逻辑地址空间与内存物理空间分别分成若干个大小相同的页面和物理块，通过地址映射机构实行其间的地址转换；在分段式存储管理系统中，为每个分段分配一个连续的分区。进程中的各个段可以离散地装入内存中不同的分区中，类似于分页系统，在系统中为每个进程建立一张段映射表(段表)，用于实现从逻辑段到物理内存区的映射。

3 混合教学模式助力课程思政建设

通过线上线下混合教学模式，重构了课程知识体系，优化了教学过程，充分运用国家精品课程资源，把课堂延伸至随时随地，变被动学习为主动学习。混合式教学不仅能培养学生自主学习能力，增强学习能动性，还有助于培养学生诚信的学习态度，积极的创新意识。自主学习后通过设置在线测试，使学生学习有目标、有竞争、有挑战；线下见面课，打破原有知识灌输学生被动接受式传统课堂模式，以思政目标和能力目标为导向进行课堂革命，通过大量的案例式、启发式、研讨式、分组对抗等教学方式解决课程重难点问题，增强课程挑战度和高阶性，极大提升了学生课堂参与度。

如图1所示，采用多元化教学方法和手段，利用手机和网络实现“线上+线下”的混合式教学，使思政教育入脑入心。通过“雨课堂”智慧教学平台给学生推送相关资料和案例，把思政教育资源切实融入操作系统课堂，督促学生进行课外学习和讨论，并及时与学生互动，掌握学生的学习动态和效果。课堂上针对包含思政元素的教学内容，采用案例教学和课堂讨论的形式启发学生深度思辨，提高学生的认识和觉悟，锻炼思维和口才。采取情景模拟、角色扮演、实地参观、企业专家讲座等方式，使学生在实践中对专业知识和价值引领产生更直观的感受和深刻的印象，培养学生科研报国的责任感和使命感，除旧布新的创新意识和能力，求真务实的科学精神，满足课程思政视域下应用型高校计算机专业操作系统教学改革的要求。

图1 混合教学模式下的课程思政

4 总 结

本文在“坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人”的理念指导下，首先分析了融合课程思政的操作系统教学方法研究的必要性，接着以“学术道德和学术规范”“爱国主义和科技强国”为思政教育主题，提炼操作系统专业课程中“唯物辩证法”思政元素，探讨了操作系统专业与思政元素相互渗透融合的教学建设模式，充分利用课堂教学主渠道，发掘课程的育人功能，培养学生创新思维与能力，激发师生互动和协作，培养爱国主义情怀。