基于产教融合的地方本科操作系统课程建设研究

史军勇 刘超慧 黄韵滋

关键词：产教融合；操作系统；课程；协同；评价

近十年中美贸易争端不断加剧。2016年，美国对中兴通讯采取出口限制措施；2019年，美国商务部将华为纳入“实体清单”；2020年，美国商务部将哈尔滨工业大学等33家中国企业与机构列入“实体清单”。

美国对中兴、华为等国内信息技术企业的遏制与打压实质是中美制造企业由互补关系逐渐向战略高新技术产业竞争转变[1]。竞争是市场主体保持活力的源泉，以华为为代表的自主技术产业逆势而上，打造独立自主的鲲鹏计算产业，一大批民族技术产业蓬勃发展。人才是自主技术产业竞争发展的第一资源，加强产业链与人才链融合是推进经济转型升级、培育经济发展新动能的重要举措。新时代高校课程改革要求具有“两性一度”，密切与产业链的合作提升课程内涵是人力资源供给侧结构性改革的迫切要求。产教融合成为产业和高校共同关注的热点[2]，以课程为纽带成为新时代产教深度融合的重要体现[3]。

1 国产操作系统产业发展

操作系统是现代计算机系统软件基础，丰富的系统资源及高速计算能力要求提高资源利用率、满足用户交互以及任务实时响应需求，基于多任务模型实现处理机、存储器、设备、文件等软硬件资源分配、共享管理功能。基础的操作系统一直都是信息技术研究的重点，国内操作系统发展紧跟国际信息技术发展，大致经历了以下三个阶段。第一个阶段是从20世纪80年代到90年代，主要是高性能计算机操作系统研制，如“银河”计算机系统软件[4]、并行操作系统等；第二个阶段是从21世纪初到10年代中期，以Unix/Linux 为基础研发桌面版、工作站版、服务器版操作系统，如中科红旗、优麒麟、中标麒麟等；第三个阶段是从10年代中期到现在，服务于云计算、智能终端、物联网等新技术应用，如Euler OS、Harmony OS、Lite OS等。由于系统软件的复杂性、微软先发优势及知识产权等问题，国产操作系统在过去步履维艰。但是，基于计算产业的完备的操作系统形态基本建立，呈现出多样化发展趋势。在超级计算机领域，如麒麟操作系统[5]，神威睿思系统等；在个人计算机领域，如Deepin、优麒麟、UOS等；在服务器领域，如浪潮K-UNIX、Euler等；在智能手机平台，如HarmonyOS等；在云计算平台，如华为云操作系统、阿里云操作系统等。国产操作系统依赖的硬件基础环境亦多样化，支持Intel、升腾、AMD、龙芯等多种处理机。国产操作系统大多得益于自由软件和开源软件的发展，兼容UNIX/Linux操作系统。Windows操作系统以方便性占领绝大多数民用PC市场，UNIX/Linux操作系统以稳定性、安全性在服务器领域普遍应用，国产操作系统受迫于美国等西方国家科技霸权不断进入公众视野，在政府的主导作用下由军工、科研等安全部门应用向公共、娱乐应用挺进，国内相关产业力量应对生存危机积极倡导自主操作系统生态发展。国产操作系统产业初具形态，从国家安全及信息技术在国家经济中的重要地位层面上讲应继续培育壮大自主操作系统，以产业发展引领操作系统软件人才培养，以人才培养创新自主操作系统生态。

2 产教融合操作系统课程建设

操作系统是计算机类专业的核心课程，具有理论性强、实践性难、复杂度高等特点，理实交融成为当前系统软件教学的难点[6]。特别是在地方本科高校，学生理性批判精神不高，缺乏足够的科学研究素养，面对系统软件挑战很难具有双一流高校学生那样的实力进行系统研究，从应用软件开发向系统软件应用存在障碍。地方高校以应用型人才培养为主，发展适用的、特色的应用型课程是当前学校的重要任务。结合地方学校发展目标和学生实力现状，提出了“一核三用”的产教融合课程建设方案。

2.1 课程组织方式

课程是现代教育最基本的教学活动组织形式[7]。从系统全局性出发按任务划分的操作系统原理课程工程模型如图1所示，包括课程资源、课程实施和课程创新评价三个建设模块。课程资源是课程的基础和环境，分为软件和硬件，产教融合课程资源主要来自产业发展而非学科研究。课程实施是课程建设的中心任务，是教与学的互动过程，是立德树人目的的落地，产教融合过程中坚持学校育人主体地位，吸收兼容产业发展最新成果。课程评价是对课程建设的监督，包含教授技能与学习效果评价、学习体验评价、课程建设要素评价、产教课程目标达成的评价等。课程实施包括课程目标、课程设计、课程教学、课程考核四个阶段。课程目标反映了课程建设的专业需求和产业需求，是课程建设的宗旨和目的。课程设计根据课程目标对教学内容、形式、方法、考核进行整体规划，预计教学时间和资源。课程教学有课堂组织和教学方法两个关键点，课堂组织是运用教育学和心理学原理贯彻课程设计开展具体的教学活动，是学生学习经验积累的重要环节，如传统课堂教学、基于工作过程的学习情境教学、项目/案例教学、实验/实习教学等，教学方法是在教学活动中运用的技巧，如讨论、举例、比较、问题启发等。课程考核是對学生学习效果的评价，传统的有成绩评价法，产教融合创新评价设置竞赛、论文、发明/著作权、项目、报告、认证等成果评定法。从课程实施生命周期来看，课程目标处于需求分析阶段，课程设计处于设计阶段，课程教学和课程考核处于落地阶段。

2.2 课程内容建设

基于物联网、人工智能和云计算三个产业应用，设计和实现了物联网操作系统、通用计算机操作系统和云计算操作系统三个应用方向，如图2所示。物联网操作系统应用以FreeRTOS为基础，研究任务执行的时效性，支撑学校无人机研究发展特色；通用计算机操作系统应用以Linux为基础，研究操作系统调用接口；云计算操作系统应用以华为云为基础，研究任务部署和系统可靠性。云计算操作系统应用产业技术企业开展弹性云服务器、云硬盘、对象存储服务、虚拟私有云、弹性公网IP等内容的应用教学，解决学校现有信息硬件资源不足系统无法部署难点，达到软件设计、开发、部署条件全覆盖，为学生提供信息技术创新创业条件，实现系统虚拟化应用教学。

产教融合课程丰富了课程实践资源，拓展实践教学的同时又要凝练理论教学，使理论教学内容更精准指导实践教学。对应的三个系统软件理解教学层次，分别为无存储管理的操作系统、多任务操作系统、计算机虚拟化和操作系统虚拟化，如图2所示。无存储管理的操作系统基于物理主机实现，核心概念有指令、中断、系统态、用户态等；多任务操作系统是计算机半虚拟化阶段，核心概念有进程、虚拟存储器、虚拟设备、虚拟文件系统等；计算虚拟化和操作系统虚拟化阶段解决了任务跨平台部署问题，是当前计算机虚拟化的最高阶段，核心概念有虚拟机、沙箱、docker 等。以理论教学引导学生开展物联网操作系统、通用计算机操作系统、云计算操作系统应用，使系统软件学习更有目标性。

2.3 产教协同课程教学

“深化产教融合，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接”是当前推进人力资源供给侧结构性改革的迫切要求，对新形势下全面提高教育质量、扩大就业创业、推进经济转型升级、培育经济发展新动能具有重要意义。现代产业发展不仅仅是商品的生产和交付，更重要的是以技术为核心形成的社会分工体系和消费群体。自主产业生态需要通过和高校合作培养产业人才，通过职业认证体系建立开发者职业上升通道，培养行业领军人才。坚持高校课程教学主导地位，贯彻实现学校立德树人根本任务目标的同时与产业相结合延伸课程教学，把产业人才发展计划与课程教学有机结合，例如围绕某个方面、某个知识点改革课程教学内容、引进企业师资力量教学、引导学生积极参与操作系统开源设区建设、创造条件让学生到相关企业研究实习、与企业联合对学生进行项目训练。校企项目人才培育是以问题为导向，强调问题的解决能力以及学生实践能力的培养，项目实施过程一般包括项目需求分析、项目设计、项目实现、项目部署和项目维护等。学生在参与产教融合课程建设过程中，可以将所学知识密切联系产业发展现状，获得产业资源、荣誉和奖励，为产业职业发展奠定基础。教师在深度参与产教融合课程建设过程中能够有机会参与企业科研项目，分享产业发展成果。相较于项目建设、校外实践教学基地等产教融合形式，以课程为纽带的产教融合是产教深度融合的重要体现，人才培育的长期效益带来的不确定性影响着产业对于课程改革的深度，学校育人主体地位是产教融合的关键。

3 产教融合课程评价

课程评价是课程建设的助推器，通过评价可以有效监督日常教学达到巩固整改提高的目的。产教融合操作系统原理课程评价采用四种形式：一是听课评价，按听课评价人分类包括教师、校企专家等听课评价；按听课评价目的分类有试讲、比赛等听课评价，重点是评价教师某个知识点的教学技能，教师通过企业师资培训、取得职业认证方可进行授课；二是学生评教，即从学生视角判断教师教学水平，包括教风、教法和知识等方面，尽管学生评教广受质疑，但是学生作为教学服务的对象对教学发表观点最有发言权；三是教学质量考核评价，重点考查教师一段时间的教学绩效，包括取得成果的数量和效率两个方面；四是课程量表评价，包括教学队伍、教学条件、教学建设与成果、教学内容、教学方法与考核方式、教学效果等评价，在一段时间内对课程建设进行综合评价。前三种形式以教师要素为中心进行课堂评价，最后一种形式以课程为中心包含六个要素评价，基于要素设计量表由校企专家共同参与评价有利于指导课程建设，有利于課程规范化建设，但长此以往教师对量表的依赖，短板效应明显，需要建立更加稳定校企理事会机构定期对评价量表进行更新。

4 结束语

自主技术生态产业发展壮大离不开人才的支撑，大力发展产教融合促进人才链和产业链的结合既是自主技术产业发展的需要，也是新时代人才培养质量提升的需要。调研国内操作系统产业发展，突破操作系统原理课程理实交融瓶颈，以工程思维全面梳理课程建设内涵，建设产业目标导向的操作系统应用实践，通过课程创新评价形成课程建设闭环，达到产教融合课程建设的主体多元化，人才培养目标向产业战略需求转变，知识体系与产业发展对接，课程评价与人才职业发展对接。