操作系統課程思政教學改革與實踐

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摘要：高校思想政治教育承擔著培養社會主義事業合格建設者和可靠接班人的重大使命，國家高度重視高校思想政治工作的開展，為高校培養方式指明了新方向，形成了人才培養的新格局。操作系統是計算機科學與技術專業的核心課程，全面推進操作系統課程思政建設顯得尤為重要。文章闡述了操作系統課程思政教學的設計和實踐以及取得的初步成效，重點關注思政教育和專業內容的結合，通過挖掘學術道德和學術規范教育、愛國主義和科技強國教育、唯物辯證法教育三個方面的課程思政元素，旨在探索操作系統課程思政教學的新方向和新內容，促進計算機專業課思政教育水平的提升。

關鍵詞：課程思政；操作系統；教學改革；學術規范；辯證法

1引言

中國石油大學（北京）（以下簡稱我校）結合實際情況，貫徹落實會議精神，堅持把立德樹人作為教育的根本任務，把思想政治工作作為開展各項工作的生命線，積極構建一體化育人體系，在加強思政課教師隊伍建設、提高思政課程質量方面都采取了行之有效的措施，出臺了一系列的文件如《課程思政建設實施辦法》《思想政治工作質量提升工程實施方案》《馬克思主義學院振興計劃》等，取得了良好的效果。但是，如何在各個專業的通識課和專業課中加強思政教育，提高思政教學水平，是一個需要全面開展、逐步深入、持續改進的關鍵課題。對于高校教育而言，課程思政是提高學生品質的基石，須充分挖掘操作系統課程中蘊含的思政元素，結合專業課程教學，實現全方位育人。

2操作系統課程思政教學的必要性分析

操作系統是面向計算機科學與技術專業本科生開設的一門核心專業課。操作系統作為計算機的核心總控軟件，是計算機系統的指揮和管理中心，被稱為“計算機系統的靈魂”。操作系統課程是高等院校計算機專業最重要的主干課程之一。它囊括離散數學、數據結構、數字邏輯、程序設計基礎、匯編語言程序設計等專業基礎課所教授的基礎知識和基本技能，綜合了計算機組成原理、計算機體系結構、編譯原理等專業主干課的核心知識，具有很強的統領性和綜合性，在計算機專業課程體系中占有極其重要的地位。我校計算機科學與技術專業開展操作系統課程建設已有20余年，課程目標是使學生理解操作系統基本理論及方法，初步掌握綜合運用軟、硬件方面知識對系統軟件進行分析和設計的能力，鍛煉系統編程和開發能力。課程主要內容包括導論、硬件基礎知識、進程管理、內存管理、文件系統、設備管理六大部分，以及Linux內核實驗、多進程和多線程模型、互斥鎖和銀行家算法、內存管理四次實驗內容。主要面向計算機科學與技術專業本科三年級學生，以課堂講授為主，輔以研討和實驗等實踐環節。課程以雙語形式進行教學，使用英文教材和講義，授課語言為中文。在操作系統這樣一門系統性、綜合性的專業核心課程中加強課程思政建設、開展課程思政實踐，對于加強計算機專業的思想政治工作、實現全方位育人、為國家和社會培養德才兼備的計算機人才具有非常重要的意義。因此，只有在教學期間深入分析操作系統課程中所包含的思想政治內容，才能更好地將思政教育融入專業課教學中。目前，操作系統課程思政建設的相關成果較為鮮見[2-3]，尤其未見雙語教學的課程思政建設方案。因此，需要系統把握課程知識結構，細致分析課程教學內容，在專業知識的教學過程中合理引入思政部分的課程設計，將思政內容巧妙融入專業教學部分，從而在潛移默化中提升學生的思想政治水平和專業能力素養。本文主要介紹我校計算機科學與技術專業操作系統課程思政的實踐探索。由于操作系統課程在計算機專業課程系統中占有核心地位，因此操作系統課程的思政建設體系和思政教學元素將對計算機專業的其他核心課程具有一定的借鑒作用。

3課程思政教學設計與實踐探索

為加強操作系統課程思政建設，有必要對教學內容進行系統化的設計，并且闡述具體的教學實踐方法。

3.1規范教學過程，開展學術道德和學術規范教育

高校是為國家和社會培養高層次人才的搖籃，學術道德建設是開展一切學術活動的基本要求和關鍵環節[4]，良好的學術規范和學術道德是每一位高校學生和科研人員應該具備的基本素質。因此，為了讓學生進一步了解遵守學術道德和學術規范的重要性和必要性，可在操作系統課程的介紹部分加入學術道德和學術規范教育內容。在正式上課之前，采取分組討論的形式，讓學生充分表達自己對于學術道德和學術規范的理解，激發學生的思考。隨后，教師進行總結和點評，強調對違規抄襲和規范引用的界定標準，鼓勵學生規范引用，嚴懲學生違規抄襲。在此基礎上，通過案例分析讓學生更直觀地理解和區分抄襲和引用，引導學生樹立正確的學術道德觀和價值觀。經過教學嘗試和努力，學生在平時作業和課程報告中已做到規范引用，為日后的畢業設計和學術規范教育奠定了基礎。

3.2樹立報國決心，加強愛國主義教育和科技強國教育

愛國主義是中華民族維護民族獨立和民族尊嚴的強大精神動力[5]。只有大力弘揚踐行愛國奮斗精神，激勵新時代學生把個人愛國之情、報國之志融入祖國發展的偉大事業之中，更加努力地學習，把國家需要放在第一位，將個人的命運與國家發展結合起來，才能使青年學生的人生有價值、有意義。在介紹操作系統的發展歷史和核心技術的過程中，須強調自主知識產權對國家主權完整和國家保持競爭力的重要意義。可介紹我國在載人航天、智能制造、物聯網等技術領域的突破和趕超，以及華為等企業的發展狀況及在國際競爭中面臨的挑戰（見圖1），同時結合操作系統專業知識進行講解，設置討論交流環節，寓教于樂，在吸引學生注意力、提升學生課堂參與度的同時，加強對學生的愛國主義教育和科技強國教育，引導學生通過交流討論更加深刻地認識科技對于國家的重要性，充分激發學生的愛國主義情懷，鼓勵學生立志投身于計算機核心關鍵技術的研究和應用，為國家發展做出貢獻。

3.3結合專業知識，融入唯物辯證法教育

具體來說，思政教學內容包括：（1）在對進程調度算法的教學過程中，引入唯物辯證觀。操作系統包括多種調度算法，如FCFS、SJF、SRTF、RR、優先級調度等，各種算法各有利弊，在實際環境中往往根據不同的用戶需求和作業類型選擇不同的調度算法。對于強調性能（運行時間）的系統，往往選擇SJF或SRTF算法；對于強調用戶交互的系統，往往選擇RR算法；對于作業類型較多、需要多方面考慮的系統，還會選擇多級隊列或多級反饋隊列等組合調度算法，需要根據主要矛盾綜合辯證考量和選擇。同時，算法之間可以相互轉化，如優先級調度可以轉化為FCFS、SJF和SRTF算法。此部分教學要求學生綜合掌握調度算法的基本知識并且能夠進行具體的分析和運用，學生需要具備唯物辯證思想。對此，授課過程可采用線上線下混合模式，利用雨課堂或騰訊課堂設置實時投票題目，引發學生全員參與思考；利用超星學習通進行隨機點名，加強互動討論；組織學生對所學方法進行比較和討論，充分參與教學過程，加深對專業知識的理解，激發學生的學習熱情。在討論過程中引導學生進行辯證思考，使學生在潛移默化中接受思政教育。（2）在學習死鎖內容時，引入矛盾觀和發展觀。死鎖是操作系統課程的重要內容，其原理和機制均較為復雜，具有一定的學習難度。雖然課程內容包括大量死鎖的檢測和處理方法，但實際操作系統并不對死鎖進行處理，原因在于死鎖的檢測和處理開銷過大，且死鎖較為罕見，死鎖并非操作系統設計和運行中的主要矛盾，經過綜合權衡分析，得到的最優策略是交給開發人員根據需求自行處理。此部分教學內容體現了課本知識和現實實例的沖突，正是吸引學生注意、引發學生討論的切入點。死鎖內容的教學主要采用小組討論的形式，教師引導學生思考實際操作系統對死鎖問題處理的本因，并進行點評和分析，引發學生的辯證思考，重點培養學生的哲學思想，同時以現實生活中的實例加深學生的理解，提高學生的綜合分析能力，使學生既能完成專業課程的學習，又能接受思政教育。（3）內存管理機制教學中的對立統一和矛盾統一規律。段式內存管理和頁式內存管理是內存管理的兩種核心機制，是內存管理章節的教學重點。兩種機制各有利弊，需要根據具體問題（具體需求）選擇最佳的內存管理方法；同時，二者又可以相互結合，形成段頁式內存管理機制。這體現了對立統一和矛盾統一規律。此部分教學可結合例題進行，采用分組討論的形式引導學生對兩種內存管理機制的利弊進行綜合分析。課堂上可采用內存管理方法開展投票計分趣味活動，鼓勵學生在團隊合作中發揮能動性，鍛煉學生的團隊協作能力。教師對分析結果進行點評，引導學生進行辯證思考，加強隱性課程思政教育。（4）磁盤調度算法講授中的對立統一和矛盾統一規律。磁盤調度算法是外存章節中的教學重點和難點。在多道程序設計的計算機系統中，進程會對磁盤不斷提出操作請求，操作系統需要根據不同的請求和目標采取相應的磁盤調度算法。不同調度算法在性能上存在差異，在不同場景下具有不同的特性。此部分教學內容為磁盤調度算法的綜合運用，教學方法為結合常見的機械硬盤、固態硬盤等實例進行教學。教師與學生探討硬盤購買、使用和維護等現實問題，寓教于樂，從而激發學生的學習興趣。在此基礎上，與學生探討磁盤調度算法設計和選擇中的對立統一和矛盾統一規律，以潤物細無聲的方式開展課程思政教育。

4取得的成效

經過不懈的努力，操作系統課程思政教學改革取得了如下成果：（1）“計算機專業核心課操作系統課程思政建設研究”項目獲得我校2020年教育教學改革立項資助。（2）“實時CPU調度”示范課獲得2021年北京市高等教育學會計算機教育研究分會教學精彩片斷交流二等獎。（3）計算機專業操作系統課程思政教學案例作為我校課程思政教學案例系列首篇稿件，在教務處官方公眾號“石大教務”上進行展示與宣傳。（4）操作系統課程順利通過我校2020年度合格課程評估，學生評教滿意度居全校前三。

5結語

操作系統是計算機專業的核心課程，全面推進操作系統課程思政建設的意義重大。本文首先介紹了操作系統課程思政改革的設計和實踐，嘗試探索計算機專業知識和課程思政的結合方式，利用操作系統課程的系統性、綜合性優勢，梳理辯證法、唯物觀、科學觀等思政元素在計算機專業課程中的體現；其次，深入挖掘操作系統課程思政元素，制訂操作系統課程思政建設方案并加以實施，強化顯性思政，細化隱形思政；最后，完成思政課程建設任務，探索計算機專業課程思政教育新思路，從而促進立德樹人根本任務的落實。

作者：黃霽崴 梁晶語 單位：中國石油大學（北京）信息科學與工程學院 石油數據挖掘北京市重點實驗室