操作系统课程思政教学改革与实践

操作系统课程思政教学改革与实践

摘要：高校思想政治教育承担着培养社会主义事业合格建设者和可靠接班人的重大使命，国家高度重视高校思想政治工作的开展，为高校培养方式指明了新方向，形成了人才培养的新格局。操作系统是计算机科学与技术专业的核心课程，全面推进操作系统课程思政建设显得尤为重要。文章阐述了操作系统课程思政教学的设计和实践以及取得的初步成效，重点关注思政教育和专业内容的结合，通过挖掘学术道德和学术规范教育、爱国主义和科技强国教育、唯物辩证法教育三个方面的课程思政元素，旨在探索操作系统课程思政教学的新方向和新内容，促进计算机专业课思政教育水平的提升。

关键词：课程思政；操作系统；教学改革；学术规范；辩证法

1引言

中国石油大学（北京）（以下简称我校）结合实际情况，贯彻落实会议精神，坚持把立德树人作为教育的根本任务，把思想政治工作作为开展各项工作的生命线，积极构建一体化育人体系，在加强思政课教师队伍建设、提高思政课程质量方面都采取了行之有效的措施，出台了一系列的文件如《课程思政建设实施办法》《思想政治工作质量提升工程实施方案》《马克思主义学院振兴计划》等，取得了良好的效果。但是，如何在各个专业的通识课和专业课中加强思政教育，提高思政教学水平，是一个需要全面开展、逐步深入、持续改进的关键课题。对于高校教育而言，课程思政是提高学生品质的基石，须充分挖掘操作系统课程中蕴含的思政元素，结合专业课程教学，实现全方位育人。

2操作系统课程思政教学的必要性分析

操作系统是面向计算机科学与技术专业本科生开设的一门核心专业课。操作系统作为计算机的核心总控软件，是计算机系统的指挥和管理中心，被称为“计算机系统的灵魂”。操作系统课程是高等院校计算机专业最重要的主干课程之一。它囊括离散数学、数据结构、数字逻辑、程序设计基础、汇编语言程序设计等专业基础课所教授的基础知识和基本技能，综合了计算机组成原理、计算机体系结构、编译原理等专业主干课的核心知识，具有很强的统领性和综合性，在计算机专业课程体系中占有极其重要的地位。我校计算机科学与技术专业开展操作系统课程建设已有20余年，课程目标是使学生理解操作系统基本理论及方法，初步掌握综合运用软、硬件方面知识对系统软件进行分析和设计的能力，锻炼系统编程和开发能力。课程主要内容包括导论、硬件基础知识、进程管理、内存管理、文件系统、设备管理六大部分，以及Linux内核实验、多进程和多线程模型、互斥锁和银行家算法、内存管理四次实验内容。主要面向计算机科学与技术专业本科三年级学生，以课堂讲授为主，辅以研讨和实验等实践环节。课程以双语形式进行教学，使用英文教材和讲义，授课语言为中文。在操作系统这样一门系统性、综合性的专业核心课程中加强课程思政建设、开展课程思政实践，对于加强计算机专业的思想政治工作、实现全方位育人、为国家和社会培养德才兼备的计算机人才具有非常重要的意义。因此，只有在教学期间深入分析操作系统课程中所包含的思想政治内容，才能更好地将思政教育融入专业课教学中。目前，操作系统课程思政建设的相关成果较为鲜见[2-3]，尤其未见双语教学的课程思政建设方案。因此，需要系统把握课程知识结构，细致分析课程教学内容，在专业知识的教学过程中合理引入思政部分的课程设计，将思政内容巧妙融入专业教学部分，从而在潜移默化中提升学生的思想政治水平和专业能力素养。本文主要介绍我校计算机科学与技术专业操作系统课程思政的实践探索。由于操作系统课程在计算机专业课程系统中占有核心地位，因此操作系统课程的思政建设体系和思政教学元素将对计算机专业的其他核心课程具有一定的借鉴作用。

3课程思政教学设计与实践探索

为加强操作系统课程思政建设，有必要对教学内容进行系统化的设计，并且阐述具体的教学实践方法。

3.1规范教学过程，开展学术道德和学术规范教育

高校是为国家和社会培养高层次人才的摇篮，学术道德建设是开展一切学术活动的基本要求和关键环节[4]，良好的学术规范和学术道德是每一位高校学生和科研人员应该具备的基本素质。因此，为了让学生进一步了解遵守学术道德和学术规范的重要性和必要性，可在操作系统课程的介绍部分加入学术道德和学术规范教育内容。在正式上课之前，采取分组讨论的形式，让学生充分表达自己对于学术道德和学术规范的理解，激发学生的思考。随后，教师进行总结和点评，强调对违规抄袭和规范引用的界定标准，鼓励学生规范引用，严惩学生违规抄袭。在此基础上，通过案例分析让学生更直观地理解和区分抄袭和引用，引导学生树立正确的学术道德观和价值观。经过教学尝试和努力，学生在平时作业和课程报告中已做到规范引用，为日后的毕业设计和学术规范教育奠定了基础。

3.2树立报国决心，加强爱国主义教育和科技强国教育

爱国主义是中华民族维护民族独立和民族尊严的强大精神动力[5]。只有大力弘扬践行爱国奋斗精神，激励新时代学生把个人爱国之情、报国之志融入祖国发展的伟大事业之中，更加努力地学习，把国家需要放在第一位，将个人的命运与国家发展结合起来，才能使青年学生的人生有价值、有意义。在介绍操作系统的发展历史和核心技术的过程中，须强调自主知识产权对国家主权完整和国家保持竞争力的重要意义。可介绍我国在载人航天、智能制造、物联网等技术领域的突破和赶超，以及华为等企业的发展状况及在国际竞争中面临的挑战（见图1），同时结合操作系统专业知识进行讲解，设置讨论交流环节，寓教于乐，在吸引学生注意力、提升学生课堂参与度的同时，加强对学生的爱国主义教育和科技强国教育，引导学生通过交流讨论更加深刻地认识科技对于国家的重要性，充分激发学生的爱国主义情怀，鼓励学生立志投身于计算机核心关键技术的研究和应用，为国家发展做出贡献。

3.3结合专业知识，融入唯物辩证法教育

具体来说，思政教学内容包括：（1）在对进程调度算法的教学过程中，引入唯物辩证观。操作系统包括多种调度算法，如FCFS、SJF、SRTF、RR、优先级调度等，各种算法各有利弊，在实际环境中往往根据不同的用户需求和作业类型选择不同的调度算法。对于强调性能（运行时间）的系统，往往选择SJF或SRTF算法；对于强调用户交互的系统，往往选择RR算法；对于作业类型较多、需要多方面考虑的系统，还会选择多级队列或多级反馈队列等组合调度算法，需要根据主要矛盾综合辩证考量和选择。同时，算法之间可以相互转化，如优先级调度可以转化为FCFS、SJF和SRTF算法。此部分教学要求学生综合掌握调度算法的基本知识并且能够进行具体的分析和运用，学生需要具备唯物辩证思想。对此，授课过程可采用线上线下混合模式，利用雨课堂或腾讯课堂设置实时投票题目，引发学生全员参与思考；利用超星学习通进行随机点名，加强互动讨论；组织学生对所学方法进行比较和讨论，充分参与教学过程，加深对专业知识的理解，激发学生的学习热情。在讨论过程中引导学生进行辩证思考，使学生在潜移默化中接受思政教育。（2）在学习死锁内容时，引入矛盾观和发展观。死锁是操作系统课程的重要内容，其原理和机制均较为复杂，具有一定的学习难度。虽然课程内容包括大量死锁的检测和处理方法，但实际操作系统并不对死锁进行处理，原因在于死锁的检测和处理开销过大，且死锁较为罕见，死锁并非操作系统设计和运行中的主要矛盾，经过综合权衡分析，得到的最优策略是交给开发人员根据需求自行处理。此部分教学内容体现了课本知识和现实实例的冲突，正是吸引学生注意、引发学生讨论的切入点。死锁内容的教学主要采用小组讨论的形式，教师引导学生思考实际操作系统对死锁问题处理的本因，并进行点评和分析，引发学生的辩证思考，重点培养学生的哲学思想，同时以现实生活中的实例加深学生的理解，提高学生的综合分析能力，使学生既能完成专业课程的学习，又能接受思政教育。（3）内存管理机制教学中的对立统一和矛盾统一规律。段式内存管理和页式内存管理是内存管理的两种核心机制，是内存管理章节的教学重点。两种机制各有利弊，需要根据具体问题（具体需求）选择最佳的内存管理方法；同时，二者又可以相互结合，形成段页式内存管理机制。这体现了对立统一和矛盾统一规律。此部分教学可结合例题进行，采用分组讨论的形式引导学生对两种内存管理机制的利弊进行综合分析。课堂上可采用内存管理方法开展投票计分趣味活动，鼓励学生在团队合作中发挥能动性，锻炼学生的团队协作能力。教师对分析结果进行点评，引导学生进行辩证思考，加强隐性课程思政教育。（4）磁盘调度算法讲授中的对立统一和矛盾统一规律。磁盘调度算法是外存章节中的教学重点和难点。在多道程序设计的计算机系统中，进程会对磁盘不断提出操作请求，操作系统需要根据不同的请求和目标采取相应的磁盘调度算法。不同调度算法在性能上存在差异，在不同场景下具有不同的特性。此部分教学内容为磁盘调度算法的综合运用，教学方法为结合常见的机械硬盘、固态硬盘等实例进行教学。教师与学生探讨硬盘购买、使用和维护等现实问题，寓教于乐，从而激发学生的学习兴趣。在此基础上，与学生探讨磁盘调度算法设计和选择中的对立统一和矛盾统一规律，以润物细无声的方式开展课程思政教育。

4取得的成效

经过不懈的努力，操作系统课程思政教学改革取得了如下成果：（1）“计算机专业核心课操作系统课程思政建设研究”项目获得我校2020年教育教学改革立项资助。（2）“实时CPU调度”示范课获得2021年北京市高等教育学会计算机教育研究分会教学精彩片断交流二等奖。（3）计算机专业操作系统课程思政教学案例作为我校课程思政教学案例系列首篇稿件，在教务处官方公众号“石大教务”上进行展示与宣传。（4）操作系统课程顺利通过我校2020年度合格课程评估，学生评教满意度居全校前三。

5结语

操作系统是计算机专业的核心课程，全面推进操作系统课程思政建设的意义重大。本文首先介绍了操作系统课程思政改革的设计和实践，尝试探索计算机专业知识和课程思政的结合方式，利用操作系统课程的系统性、综合性优势，梳理辩证法、唯物观、科学观等思政元素在计算机专业课程中的体现；其次，深入挖掘操作系统课程思政元素，制订操作系统课程思政建设方案并加以实施，强化显性思政，细化隐形思政；最后，完成思政课程建设任务，探索计算机专业课程思政教育新思路，从而促进立德树人根本任务的落实。