新工科背景下操作系统课程思政建设实践探析

2023-11-07李彤汪中

电脑知识与技术 2023年26期

李彤，汪中

（合肥师范学院计算机学院，安徽合肥 230601)

0 引言

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调了在高等教育中将思想政治工作融入教育教学全过程的重要性[1]。教育部发布了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求将思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设[2]。

新工科建设以新经济和新产业为背景，旨在推动现有工科专业的改革和创新。新工科专注于服务新兴产业，如人工智能、智能制造、机器人和云计算等领域，同时也涉及传统工科专业的升级改造。在新工科背景下，计算机专业学生的培养要求比以往会更高。高校教师需将课程教学与思想政治教育有机融合，以提高学生的综合素质。

操作系统是计算机专业的核心课程之一。本课程旨在全面阐述操作系统的架构、设计原理、实现方式和技术应用。课程内容包括操作系统简介、进程管理、内存管理、设备管理和文件管理等。课程的目标是帮助学生全面掌握操作系统的基本理念和功能，深入了解现代操作系统的实现原理、方法、算法及相关数据结构。学习过程中，学生将建立系统级认识，并将操作系统实现原理融入软件设计和开发，提升软件开发的质量。

然而，操作系统普遍被认为是一门难度较大的课程。该课程具有较强的理论性和抽象性，同时要求学生掌握计算机组成原理、数据结构等相关专业课程的知识基础。在新工科背景下，人才培养体系要求学生具备扎实的专业理论基础和熟练的实践能力。因此，如何将思政要素有机地融入专业课程教学，提升学生的综合素质，使操作系统课程教学应对这一挑战，成为一个紧迫问题。

1 相关工作

在传统的思政课程为高校主要思想政治教育途径的前提下，课程思政将思想政治教育的内容和精神融入所有课程中，目标是建立一个各类课程与思想政治理论课相互配合、共同发展的教育体系，以实现思想政治理论教育的协同效应。通过这种方式，学校可以在潜移默化中完成全程育人、立德树人的目标，从而更好地实现教育教学目标。

秉持课程思政的理念，学校教育应当形成全方位德育教育的“大熔炉”效应。为此，需要构建一个包含思想政治理论课、综合素养课程和专业课程相互融合的高校思政课程体系，实现三者之间的有机结合。新工科背景下计算机类专业课程中更应该体现科技兴国、实干兴邦的精髓，而计算机类专业课程的思政融入一直是课程思政实施过程中的难点。

将思政教育融入课程以激发学生的爱国情感和提高学习兴趣是一种有效的方法。许多高校已经在计算机类课程中尝试思政教育改革，包括计算机组成原理[3]、程序设计[4-5]、计算机网络[6]、数据库原理[7]等课程，探索了课程思政和计算机类课程的结合可行性。操作系统作为计算机专业的核心课程，在各专业基础和实践课程中处于核心地位。当前，已有相关工作研究将思政教育元素融入操作系统课程教学中。如文献[8]中对操作系统课程思政进行了探索与实践，同时完成了课程思政的过程性评价；文献[9]对操作系统课程思政环节的改革与探索进行总结和介绍，说明了计算机类专业课程实施专业思政教育的必要性；文献[10]系统地分析了操作系统开展课程思政的实践内容。

课程思政的目标在于培养具备高素质和责任感强、敢担当的人才，而新工科建设则要求高等院校培养理论知识和工程实践兼具的人才，如何将课程思政和新工科建设有机地结合起来，也逐渐成为研究热点。文献[11]指出了新工科背景下高校理工类专业课程思政的必要性和有效路径；文献[12]对新工科院校如何实现课程思政教学活动与OBE 理念的充分融合进行了研究；文献[13]探索了新工科背景下数字通信课程思政教育的融入方法和教学实践，提出“四个融合”的理念。

本文参考相关专业课程的思政改革方法，基于合肥师范学院操作系统课程团队自建的教学平台，依托省级质量工程建设项目，从教学目标、教学内容、教学方法三个方面展开课程改革工作，探索操作系统课程思政教育的融入和实施方法，力争让思政元素全程、全方位地融入课程内容，以达到激发学生爱国情感、提高学生学习兴趣的目的，使学生的能力满足新工科专业的建设要求。

2 操作系统课程思政融入的课程建设

2.1 教学目标中的课程思政融入

操作系统广泛应用于国家政府、军队、金融机构等多个关键领域，作为计算机系统的核心，操作系统教学融入思政教育有助于培养学生的安全意识，使其能够在开发和维护操作系统时充分考虑安全风险，预防和应对各种网络安全问题。另一方面，操作系统课程涉及计算机技术的核心内容，将思政教育融入其中，可以提高学生的实践意识。

在上述背景下，将思政教育与专业知识相结合，有助于培养学生全面发展的能力。在操作系统课程中融入思政教育，可以帮助学生在掌握专业技能的同时，提高思想素质、道德品质和社会责任感。

新工科背景下，需要利用工程教育认证的标准，确定以学生为中心、计算机实践创新能力产出为导向的课程目标，并增加对思政教学内容的目标要求，建立课程思政与课程目标和毕业要求指标之间的支撑关系，不断改进教学，从而培养出具有爱国强国信念的创新型人才，为我国操作系统事业输送人才。

2.2 教学内容中的课程思政融入

1)理论教学中的课程思政元素

操作系统课程理论部分的核心内容包括操作系统简介、进程管理、内存管理、设备和文件管理。在理论教学过程中，一方面可以介绍相关思政知识，让同学用思辨的观点来看待问题；另一方面在教学过程中，可以灵活适宜地穿插介绍与操作系统相关的国内民族企业，以此激发学生的爱国热情和自强不息的精神。

①操作系统简介中的课程思政元素

在操作系统简介部分，可以融入发展的观点，训练学生的类比归纳能力。例如，在讲述操作系统发展历程时，讲解从无操作系统发展到批处理操作系统，再进一步发展到分时操作系统和实时操作系统。在这个过程中，可以自然地融入思政元素：事物的发展有其自身的规律，是“需求”推动新事物的发展，要坚持用发展的观点看待问题。操作系统的发展历程正是一个不断遇到问题、解决问题的过程。

同时，在本部分内容教学中，在讲解到“计算机软硬件标准”时，介绍了中国电子信息产业集团有限公司发布了首个中国计算机软硬件基础体系标准；在介绍到“操作系统最新发展时”，介绍华为公司突破美国封锁，打造国产品牌屹立世界，开发出了“鸿蒙”操作系统。教师可借此案例来激励学生勇于创新，突破“卡脖子”技术。

②进程管理中的课程思政元素

进程管理是操作系统课程的重点模块，在教学进程调度算法过程中，可以引入任何事物都包含了对立统一的两方面的哲学思想，同时调度算法也蕴含了折中与平衡的哲学思想。这样的思考方式有助于学生在理解操作系统原理时，更全面地把握事物的发展规律和相互联系。操作系统中的各种调度算法设计的目的都是要在权衡性能和复杂度，平衡时间和空间的交换。在工程实践中也遵循这样的哲学思想，任何工程问题没有完美的解决方法，都要权衡多个方面给出解决方案。

在讲到“RISC”内容时，介绍了上海赛昉科技有限公司发布了其自主研发的全球首款基于RISC-V的人工智能单板计算机——星光(Beagle V) ，助力我国RISC-V产业快速发展。在讲解信号量实现进程同步时，介绍信号量的提出者Dijkstra。通过介绍这位著名科学家的成就和贡献，可以激发学生对于本节知识点“信号量”的求知欲望，从而提高学生的学习兴趣。同时可以介绍中国的顶级计算机科学家姚期智，身为图灵奖获得者放弃美籍，只为回国培养优秀的中国人才的伟大事迹，让学生树立人生榜样，未来学习做姚旗智一样高尚的人。

③内存管理中的课程思政元素

在内存管理中，分页管理对学生来说通常是学习的难点。在教授过程中，可以引导学生提出大量问题。“为什么需要设计页面置换算法？”“如何将页面置换策略抽象建模为数学问题？”“是否会出现极端情况？”“为什么会提出不同的算法解决同样的问题？”“最前沿的页面置换算法又是什么？”。问题是探究的开始，通过在算法分析与设计中植入一系列问题，创设情景，鼓励学生大胆猜想和假设，培养学生的科学探究能力和创新思维。

同时在CPU 和内存基础原理章节介绍目前Intel公司和AMD 公司领跑全球通用CPU 市场，我国自主研发的CPU（如龙芯、鲲鹏等）正处于奋力追赶时期，以中国科学院、华为等为代表的单位正在全力打造“中国芯”，在相关部门和有志之士的共同努力下，国产CPU一定可以实现赶超、引领市场。

④设备和文件管理中的课程思政元素

在设备和文件管理中，在教授设备控制的四种方法章节时，融入协调发展、物尽其用的思想理念等，无论是慢速的程序控制、中断控制方式，还是快速的DMA控制方式、通道控制方式，都有各自的用武之地；在讲解Unix 多级索引结构时，融入Unix 系统的哲学思想：“一个程序只做一件事，并做好。程序要能协作。程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。”当学生理解了这些知识点后，在未来的工程实践和工作中，可以不断追求卓越，相信软件设计是一门值得投入智慧、创造力和激情的技艺。这种信念将激励他们在专业领域内不断成长，为社会创造更多价值。

在“显示器设备”章节，讲解京东方科技集团股份有限公司以2 147件公开的半导体技术发明专利申请量位列全球三甲，其研发的液晶显示屏在智能手机、平板电脑、笔记本计算机、显示器、电视这五大领域的市场占有率均位列全球第一，从而培养学生创新意识。

2)实验教学中的课程思政融入

操作系统实验课程在操作系统学习中起到了关键的作用，可以有效地提高学生动手能力，加深理论知识理解。目前信创产业飞速发展，在新工科背景下操作系统课程中，实验教学急需改革，有必要设计基于国产操作系统实验项目，使学生提高实践能力并及时跟踪新技术的发展，同时提高民族自信心和自豪感。

操作系统课程的实验环节依托两个教育部协同育人项目——“国产操作系统课程建设及应用开发”和“新工科背景下基于云实验实训平台的操作系统课程建设”，由麒麟公司提供了60套国产服务器操作系统，借助企业国产化操作系统的资源，构建国产操作系统实践平台，为高校新工科各专业人才培养提供有力支撑。学生在此平台上开展了应用移植、容器迁移、应用部署与发布等实验，实验云平台为学生提供了实践机会，使他们能够将理论与实践相结合，满足新工科专业人才的能力需求，为培养创新型人才奠定基础。

在国产化操作系统实验改革后，实验教学过程也全过程地融入了思政教育。这种深度融合的思政教育使学生对我们的大国制造充满信心和期待，更好地激发了他们积极参与实践操作的热情，有效提高了实验教学质量。

2.3 教学方法的课程思政融入

为了实现新工科背景下的操作系统课程思政融入，在教学方法上将传统的课堂教学模式转变为线上线下混合模式，并依托超星学习通平台上的慕课视频创建了翻转课堂。翻转课堂的设置有助于提高学生的学习积极性和主动性，使他们在课堂上更加关注实际问题。这种模式鼓励学生主动参与讨论，发挥创新思维，培养解决问题的能力。同时，在线上线下相结合的教学模式有助于将思政教育更好地融入操作系统课程中，从而提升学生的综合素养和专业技能。

学生通过线上预习、复习、作业和随堂测试等环节，能够更好地准备和回顾课程内容。同时，在线下课堂中安排了知识点串讲、习题答疑、小组讨论等活动，以增强学生的互动和参与性。通过线上线下相辅相成的教学模式，更好地实现了操作系统课程思政融入的目标。

在课程实施的各个环节中都使用了新型手段和工具辅助线上线下教学，通过学习通班级群方便快捷地开展线上答疑等活动，通过课程平台实现学生自主学习，提高学习效率，增强了师生线上互动。图1为线上课程平台的示意图。

图1 操作系统课程平台

3 课程思政实施效果

为验证课程思政的实施效果，分别对改革前合肥师范学院软件2018 级软件工程学生以及改革后2019级软件工程学生的成绩进行了统计分析，其中改革前2018 级平均分为72 分，改革后2019 级平均分提高到了78.3分。在实现课程思政建设后，60分以下占比降低了37.5%，90分以上占比提升了约80%。图2给出了相应分析结果。

图2 课程思政实施前后教学效果对比图

同时，在2019级课程结束后做了与课程思政有关的调查。60 名学生中所有同学都觉得在思想上有帮助，75%的同学明确表明提高了对操作系统课程的兴趣，同时增加了自己的动手实践能力，增强了工程思想。

通过将思政教育融入操作系统课程，更多的学生积极参加了教师的课题研究，并成功地获得了“全国大学生程序设计大赛”三等奖、“安徽省大数据与人工智能应用竞赛”二等奖。在课题研究过程中，学生们有机会深入了解实际问题，积累实践经验，提升自身的技术水平。与此同时，他们还能体会到国家发展和民族振兴的紧迫性，培养强烈的爱国主义情怀和责任感。这样的教育模式既有助于提高学生的专业技能，又培养他们的道德品质和社会责任感。