《操作系統原理》課程思政教學案例設計與實踐

詹 煒 雷 鳴 王同喜 羅愛軍 包小軍 孫慶生

（長江大學計算機科學學院 湖北·荊州 434023）

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。”習近平總書記還強調：“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。”

高校開展專業課“課程思想”教育是貫徹落實習近平總書記思想政治工作會議精神的表現，更是實現中華民族偉大復興的重要舉措。有數據顯示：高校教師80%是專業教師，80%的課程是專業課程，學生學習時間的80%是專業學習，80%的大學生認為，對自己成長影響最深遠的是專業課和專業課教師。這四個“80%”是提出課程思政建設這一重大命題的現實依據。

1 《操作系統原理》課程開展課程思政教育的必要性及優勢

如圖1所示：“操作系統”在計算機系統中扮演著核心地位，《操作系統原理》是計算機大類專業核心課程，旨在全面系統地講授操作系統軟件的體系結構、設計原理及其實現技術。課程旨在幫助掌握操作系統的定義、功能，理解現代操作系統的實現原理、涉及的數據結構及其實現算法，幫助學生建立系統概念，并將操作系統實現原理用于軟件工程的設計與開發中。因此，《操作系統原理》的課程性質決定開展“課程思政”教育的必要性和優勢：

圖1：操作系統在計算機系統中的地位

2 《操作系統原理》課程思政教學方法總體設計

在專業課程中開展課程思政教育不能生搬硬套，強行加入，力爭做到思政教學“潤物細無聲”，潛移默化的結合。既不能忘記專業理論及實踐教育應該是課程的最核心的任務，以免將專業課程教學變為思想政治課程課堂；也不能為了思政而思政，將思政教學內容生硬地加入專業課教學過程中。

為幫助學生在掌握專業知識的前提下接收思政元素，達到專業課思政教育目的，本文擬設計采用案例教學法和思考討論法相結合的方式開展課程思政教學。其中，案例教學法通過專業知識點引出相關思政案例，幫助學生生動地理解專業知識；思考討論環節，發揮學生主觀能動性，逐步引導學生思考案例所折射出的思政元素。

3 《操作系統原理》課程思政教學案例詳細設計

《操作系統原理》課程思政必須是堅持在學科專業課性質不變基礎上，挖掘課程蘊含的內在哲理、價值和世界觀。本文精心設計，主要從以下四個方面挖掘思政元素：（1）需求驅動創新發展，增強家國情懷、民族自豪感和自信心；（2）引導學生用聯系的觀點看問題，全面考慮問題；（3）事物對立統一，發現、分析、解決問題的方法論；（4）通過操作系統實踐環節培養學生的職業道德、團隊協作和敬業精神。上述思政元素潛移默化地融入到《操作系統原理》課程的專業教學中，從而達到課程思政目的。

3.1 “操作系統發展歷程”課程思政——理解需求驅動創新發展，增強家國情懷、民族自豪感和自信心

操作系統在人工操作階段，用戶獨占全機資源；為提升計算機資源利用率，引入了脫機輸入/輸出技術；為解決單道批處理階段缺點，引入多道批處理系統，改善CPU利用率；為提升系統人機交互能力，引入分時系統；為及時響應外部請求，設計實時系統；現代操作系統一直朝著便捷性、網絡化、融合性方向不斷發展。

從手工操作性到現代操作系統，其發展歷程是人類遇到問題并解決問題的過程，任何事物有其自身的發展規律，“用戶的需求”驅動新一代操作系統的發展，對此教學學生應該堅持用發展的觀點看問題；同時，每種操作系統功能的側重發展蘊含著兩點論和重點論的統一，引導學生學習工作中遇到問題，要先分清主要矛盾和次要矛盾，先解決主要矛盾，同時兼顧次要矛盾；第三，操作系統的發展是應用戶需求不斷發展的，對學生進行敬業精神引導，從事軟件開發，實現用戶需求是終點。

理清國產操作系統發展過程，重點介紹：天河千萬億次巨型計算機發展，華為鴻蒙操作系統開發歷程。講述華為公司在西方國家的無禮打壓下仍然屹立不倒，激發學生的愛國主義精神、民族自豪感和自信心。

3.2 “進程控制和調度”課程思政——引導學生用聯系的觀點看問題，全面考慮問題

為描述進程間的關系，操作系統原理課程中引入進程前趨圖描述進程間的并發執行；程序順序執行的具有順序性、封閉性和可再現性特點，但是，程序的并發執行表現出間斷性、失去封閉性和不可再現性特點；對于用戶，既希望操作系統的進程既能并發執行，又期望并發進程運行結果具有可再現性，引入臨界資源、臨界區、進程互斥、同步概念以及用信號量機制實現進程同步。矛盾是事物發展的源泉和動力，進程的執行蘊含互斥問題和同步問題，就是典型的矛盾統一體：同步和互斥，相互排斥又互相依存。引導學生理解事物是普遍聯系的，學會用聯系和動態的觀點看問題。

通過各種進程調度算法：先來先服務FCFS、短作業優先SJF、最高響應比優、時間片輪轉、多級反饋調度隊列等調度算法，進程調度算法實際上是各種“利益”的權衡和折中，引導學生全面考慮問題，繼而引申到大學生在學習、學習和生活中遇到問題時，綜合考慮普遍與特殊情況，既要注重一般情形，又要兼顧特殊情況，全面地、綜合地考慮和處理問題。

3.3 “存儲管理”課程思政——事物對立統一，發現、分析、解決問題的方法論

存儲器是計算機系統的“腦空間”，是多道進程的運行空間，早起存儲器管理采用連續存儲管理方式，為配合實現多道進程并發執行，共享系統各種資源，最大限度的發揮內存資源作用，現代操作系統引入離散存儲管理方式，主要實現分為分頁和分段兩種基本方式；為實現“小內存運行大作業”，最直接的方法是增加物理內存物理容量，但此途徑不僅會受到計算機硬件體系結構限制，更會增加硬件成本。因此，引導啟發學生思考：如果進程創建時僅裝入作業的一部分程序或數據進入內存并創建進程，其余部分暫時留在輔存上，需要時再請求調入數據至內存，基于這種思想，人類發明了虛擬存儲管理技術，虛存從邏輯上增加內存容量，在此基礎之上，通過頁面置換的必要引出頁面置換算法，調動學生積極性，培養學生發現、分析和解決問題的綜合能力，激發學生的創新思維能力。

虛擬存儲器實際上是用空間換時間，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；通過分析解決虛存問題，引導學生理解任何事物包含對立、統一兩方面，理解折中和平衡的哲學思想，引導學生綜合客觀地看待生活學習中的問題，解決問題時，注重把握分寸，形成完善的人格。

3.4 “操作系統實踐環節”課程思政——培養學生的職業道德、團隊協作和敬業精神

在操作系統原理課程實踐環節，將要求學生分組設計一套簡易的操作系統，實現操作系統的基本功能，此過程要求學生掌握操作系統原理的全部理論內容并能用程序語言實現，通過課程實踐環節，注重職業道德、團隊協作和敬業精神培養。在課程實踐環節評價環節中，引入企業理念，圍繞學生“價值取向、人格品質、奉獻精神、團隊協作”多維度評價學生成績。

4 本案例優勢

上述課程思政教學案例的優勢如下：

（1）《操作系統原理》課程專業受眾面廣，該課程是計算機科學與技術專業、軟件工程、大數據、網絡工程、物聯網工程及其它計算機相關理工類專業的核心必修課；操作系統設計體現了人類軟件設計的精華，處處閃耀著人類智慧和思想的光芒，該課程內容中蘊含的哲學思想通常具有普遍性，其中蘊含的思政元素具有現實教育意義。

（2）該案例的教學目的旨在幫助學生從計算機系統角度認知掌握計算機系統軟件的工作原理及實現方法，為學生在將來的工作中進行系統軟件和應用軟件的需求分析和設計時，能夠綜合考慮軟件工程在實際應用中的社會、安全、法律、文化以及環境等因素，提出合理的設計方案。

5 結語

創新研究專業課“課程思政”教學模式能夠充分發揮專業課程的德育教育作用。專業課程思政并不是要將所有的課程都變為思想政治課堂，而是要通過有意識地分析專業課程知識點，提煉、總結其中蘊含的思想政治內容和文化元素，并將其潛移默化的融入到實際教學行為中。

大學課堂，就是要發揮專業課教師的“主力軍”、專業課教學的“主戰場”和專業課課堂的“主渠道”作用，深入推動專業課教學與思政教育緊密融合。專業課教師要主動挖掘專業課知識點蘊含的思想政治教學元素并運用到教學中，把社會主義核心價值觀、辯證法以及創新創業意識貫穿授課全過程，培養學生的社會責任感，家國情懷、民族自豪感，樹立學生為國家和人民服務的堅定信心。幫助學生在汲取專業知識的同時收到思想政治教育的熏陶，產生思想認同感和共鳴，達到“立德樹人”的崇高教育目的。