計算機操作系統“課程思政”教學實踐探索

張玉琢 肖 飛 向 宇

（云南師范大學信息學院，云南 昆明650224）

引 言

在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記強調“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人[1]。”同時，習近平總書記在講話中還強調：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，其它各門課要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[1]。”至此，“課程思政”這一新的教育教學理念被正式提出，其涵義就是：傳授知識培養能力和思想政治教育雙重功能要通過大學的所有課程來體現，各門專業課程中蘊含的思想政治教學資源要被充分挖掘和運用，把社會主義核心價值觀、創新創業教育貫穿教育教學全過程，培養學生的社會責任意識和實踐技能，使其健康成長，從而使其在國家的建設發展中發揮重要的作用。

一、計算機“操作系統”開展“課程思政”教學改革的優勢

操作系統是計算機專業核心課程，在計算機知識結構中有著重要的地位和作用，旨在全面系統地介紹操作系統的體系結構、設計機理及實現方法與技術，包括自啟動裝入，系統調用、進/線程概念、同步/通信機制、CPU調度算法，死鎖處理、基于分區/分段的內存管理及虛擬存儲、設備管理、文件系統等[5]，通過本課程的學習，讓學生掌握操作系統的基本概念和功能，理解現代操作系統的實現原理、方法、算法和相應的數據結構，幫助學生建立系統級概念[2]，并將操作系統實現原理用于軟件的設計與開發中。

計算機操作系統的性質和在專業中的地位決定在本課程中從事思政教育具有得天獨厚的優勢：

（1）受眾面廣，由于該課程是面向計算機專業、軟件工程專業、大數據專業、網絡工程專業和其它理工類專業，所以在該課程中進行思政教育可以受益于多個專業的學生。

（2）課程支撐的畢業要求和要求的畢業生能力與思政教育同向而行：該課程的教學目的是使學生掌握計算機核心系統的工作原理及其構造方法，從系統角度認知計算機操作系統的功能和非功能屬性，未來學生在進行系統軟件和應用軟件的分析、設計時，能夠綜合考慮軟件工程實際應用中的社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素，給出合理的設計方案和設計結果。

（3）課程內容可以與思政教育銜接，操作系統研究的是原理、技術和方法論。其所講授的內容是操作系統發展過程中保留下來的精華，處處閃耀著人類思想的光芒[3]，體現了操作系統理論和技術中最核心、最令人鼓舞的創新內容，該課程內容中蘊含的哲學思想通常具有普遍性，包含的思政元素通常具有現實教育意義。因此，計算機操作系統課程中實施“課程思政”教學改革具有諸多有利的因素。

二、“操作系統”開展“課程思政”的教學方法探索

專業教育與思政教育的結合不能是突兀與生硬的，教學過程當中應當秉承“潤物細無聲”的教學原則[4]，以潛移默化的形式將兩者有機地結合起來。一方面不能摒棄專業理論課程的教學任務，將所有的專業課程教學改變成思想政治課堂；另一方面也不能為了改變而改變，將思政教學內容突兀地加入到正常的教學過程當中。

為了達到課程的專業教學和思政教學目的，提高學生接受專業知識的能力和理解思政案例的意義，采用案例講解法和思考討論法相結合的教學形式進行教學。其中，案例講解法主要通過思政案例引出相應的專業知識點，以幫助學生更好地理解專業知識；思考討論法則是以案例為討論中心點，充分發揮學生主觀能動性，思考案例所反映的知識點和思政元素內容。

三、“操作系統”開展“課程思政”的實踐內容

計算機專業學生就業范圍廣，具有鮮明的理工學生特點，在開展“課程思政”時，我們要注重社會主義核心價值觀、優秀傳統文化、科學精神、學術素養、家國情懷等內容的培養，滿足學生不斷增長的精神文化需求[4]。

“操作系統”是計算機相關專業的一門專業基礎課、核心課,涉及到的內容包括：操作系統概述、進程管理、內存管理、設備管理和文件管理[2]。其特點是理論內容抽象，繁多。該課是建立及訓練學生系統能力的核心課程[2]，其前導課程包括計算機文化基礎、程序設計基礎，計算機原理、數據結構、算法設計等課程。

“操作系統”是一門相對難度較高、學生興趣匱乏的專業課。要想在這類課程中開展“課程思政”教學實踐，教師必須是堅持學科專業的性質不變、本位不變[4]基礎上,去挖掘本學科的內在哲理、價值、傳授給學生。筆者通過實踐與研究，在“操作系統”課程中開展了“課程思政”實踐教學工作，在專業課程的知識體系中找到與思政教育的“映射點”，進行了精心設計, 從以下四個方面進行了思政內容的挖掘，將社會主義核心價值觀、大國崛起，科學精神與工匠精神、創新精神、折中與平衡的哲學思想潛移默化地融入到操作系統的專業教學中，從而達到思政教育的目的。

（一）操作系統發展過程中蘊含的思想政治內容

早期的計算機沒有裝配操作系統，是人工操作階段，這階段是用戶獨占全機而且需要CPU等待人工操作，為了改變計算機資源利用率，引入了脫機輸入/輸出技術[5]，但其效果有限。為了解決人機矛盾以及I/O設備間同CPU的矛盾，單道批處理由此產生[5]，在監督程序的控制下，完成作業的連續處理，但內存中始終只保存一道作業，這個階段，I/O操作時CPU要等待很長時間，存在嚴重內存浪費。為了解決系統資源利用率低和系統吞吐量小的問題，讓內存中裝有多道程序，能夠并發地處理多道程序，引入了多道批處理系統[5]，這改善了CPU的利用率，有效提高了系統吞吐量，但系統沒有交互能力。分時系統解決了這個問題，實現了人機交互，與多道批處理相比，分時系統中作業直接進入內存，采用了時間片輪轉的方式保證用戶同作業交互的及時性，允許用戶分別使用不同終端，彼此間互不干擾地交互式訪問系統資源，分時系統極大地提高了資源的利用率；但在實時性和可靠性高的領域，分時系統是遠遠不夠的，這要用到實時系統，實時系統能及時響應外部請求，在規定時間內完成對指定事件的處理，實時系統有高可靠性，它采用多路容錯機制來保證系統的安全。近年來，操作系統朝向并行化、網絡化、便捷性、融合性方向發展。在此，我們除了專業的學習外，自然地融入思政科學觀：事物的發展有其自身的規律，是“需求”驅動了新事物的發展，堅持用發展的觀點看問題。操作系統的發展歷程就是遇到問題，解決問題的過程；此過程中蘊含了兩點論和重點論的統一，當主要矛盾和次要矛盾并存時，要先解決主要矛盾，再兼顧次要矛盾；同樣的道理，引導將來學生未來從事軟件開發要從用戶需求入手，功能實現性能保證是核心、用戶使用是終點。

在操作系統的這部分教學中，我們還增設了以下內容：

①讓學生了解我國操作系統發展歷程，理清我國操作系統的發展脈絡；

②我國享譽海外的天河千萬億次巨型計算機，華為的鴻蒙操作系統研制成功；這些增設通過課堂講解和課下觀看視頻的方式傳授給學生，達到我們課程思政的育人目的：胸懷祖國的愛國主義精神，團結協作的科研團隊精神，志在高峰的求實創新精神，奮勇拼博的拼博奉獻精神。

（二）“進程調度”中蘊含的思想政治內容

在多道程序設計環境下，可提高CPU的利用率，多個進程可并發執行，但CPU只有一個，存在諸多進程互相竟爭使用CPU的問題，這會不會出現系統紊亂的現象？這就涉及到CPU資源怎樣分派即進程調度問題。先來先服務調度算法是最常用到的，看似公平，但會導致短作業等待時間長，那么若短進程優先調度又會對長進程不利，甚至會導致長作業“餓死”，我們把以上兩者綜合得到最高響應比優先算法，這個算法既照顧了長作業也考慮到了短作業。但若碰到需緊急處理的任務，以上算法是不適應的，則引入了最高優先數優先的算法，當一進程所對應的事件緊迫，則賦予這樣的進程較高優先級，甚至讓這樣的進程可強行剝奪CPU資源去運行。針對分時操作系統而采用循環輪轉算法，對通用操作系統采用分類排隊算法，若考慮到短進程不被“餓死”，緊迫的進程優先執行及提高設備資源利用率和降低系統開銷，可采用反饋排隊算法。學生通過這些算法的學習，有利于學生加深算法中蘊含的哲學問題的思考，樹立正確的人生觀，價值觀。這可引申到大學生在社會生活中處理問題時，把普遍與特殊相結合，既要考慮對一般情況的處理，又要對特殊情況給予照顧，優先考慮，不片面，不激端，全面地考慮和處理問題。

提高并發度可以提高系統資源利用率，從而提高系統效率，但并發度過高會導致激烈的資源竟爭而使進程經常等待其它進程所占用的資源，從而降低進程推進速度，甚至可能導致死鎖，增加系統開銷。計算機系統采用交換技術來控制并發度[5]，當系統并發度過高時，將內存中的某些進程暫時交換到外存，待以后系統并發度較低時再換回內存。可見，并發的“度”適中，才可能讓系統效率達到最大。在此，教師融入哲學思辯：任何事物包含對立統一的兩方面，也包含折中與平衡的哲學思想，即在性能與復雜度間尋求平衡，時間換空間與空間換時間的折中，引導學生理解這種設計思想或哲學，全面綜合客觀地看待一些生活學習中的問題，天下沒有完美的事物，解決問題時，能把握一定的尺度，不絕對，形成完善的人格。

（三）“并發控制”中蘊含的思想政治內容

在多道程序設計環境下，進程不是孤立的存在，進程之間存在相互關系，會相互制約、相互作用。并發進程失去了順序程序的良好特性，取而代之的是多個進程是交叉執行的，一個進程的運行環境可能被其它進程所改變，從而互相產生影響，并發進程多次運行結果不可再現；這就是并發程序中臨界區互斥與同步的問題，若不能根據并發程序特征正確、恰當地解決互斥、同步問題，程序會出現跟時間有關的錯誤。進程互斥的方法有軟件方法、硬件的方法、信號量的方法、管程、消息通信，我們重點講解硬件的方法、信號量的方法、消息通信。這部分是本課程的難點及重點，同樣可以融入思政科學觀——辯證法的矛盾統一規律：任何事物內部都是矛盾的統一體，矛盾是事物發展變化的源泉、動力。進程在執行過程中就會遇到互斥問題和同步問題，就如矛盾統一體：互相區別、互相排斥又互相依存、互相依賴，事物是普遍聯系的，要用聯系的觀點看問題。

（四）存儲管理中蘊含的思想政治內容

在主存管理中，連續存儲管理和離散存儲管理有一個共同點，要求將作業全部裝入內存后才能運行，這帶來一個問題——“小內存大作業”，即作業的尺寸不能超過內存量，這極大地限制了軟件技術的發展。為解決“小內存大作業”問題，最容易想到的辦法是增加內存容量，但這個辦法不僅增加成本，還受到計算機體系結構限制，并不能一勞永逸地解決問題。對此，教師要引導、啟發學生在作業上動腦筋，如果不把作業全部裝入內存，而僅僅裝入當前運行所需的部分，其余部分留在輔存上，需要時再裝入內存，作業不必全部裝入內存就能運行，基于這一思想，引入虛擬存儲管理技術[3]，即在邏輯上增加內存容量的方法，從而引入虛擬存儲技術的設計與實現。教師進一步引導學生分析這個問題的解決方法來啟發學生積極思考，最大限度調動學生積極性，培養學生發現問題，分析問題、解決問題的綜合能力，培養學生創新思維意識和能力。

四、結束語

“課程思政”是高校實現立德樹人根本目標的必然選擇,也是高校課程教學改革的必然趨勢。“課程思政”使得思想政治理論課與專業課的互通變得可能，架起了思政課程與專業課的溝通橋梁。“課程思政”的實施還處于探索階段，雖已取得了一定的效果，但教師的“課程思政”水平、思政內容的內涵和深度挖掘、思政內容融入方式等方面，還有待于進一步提高。因此，只有進一步加強“課程思政”的實施范圍和深度，高校才能在教會學生技能的同時，不斷提高學生思想水平、政治覺悟、道德品質、文化素養，讓學生成為德才兼備、全面發展的人才。