基于產教融合的地方本科操作系統課程建設研究

史軍勇 劉超慧 黃韻滋

關鍵詞：產教融合；操作系統；課程；協同；評價

近十年中美貿易爭端不斷加劇。2016年，美國對中興通訊采取出口限制措施；2019年，美國商務部將華為納入“實體清單”；2020年，美國商務部將哈爾濱工業大學等33家中國企業與機構列入“實體清單”。

美國對中興、華為等國內信息技術企業的遏制與打壓實質是中美制造企業由互補關系逐漸向戰略高新技術產業競爭轉變[1]。競爭是市場主體保持活力的源泉，以華為為代表的自主技術產業逆勢而上，打造獨立自主的鯤鵬計算產業，一大批民族技術產業蓬勃發展。人才是自主技術產業競爭發展的第一資源，加強產業鏈與人才鏈融合是推進經濟轉型升級、培育經濟發展新動能的重要舉措。新時代高校課程改革要求具有“兩性一度”，密切與產業鏈的合作提升課程內涵是人力資源供給側結構性改革的迫切要求。產教融合成為產業和高校共同關注的熱點[2]，以課程為紐帶成為新時代產教深度融合的重要體現[3]。

1 國產操作系統產業發展

操作系統是現代計算機系統軟件基礎，豐富的系統資源及高速計算能力要求提高資源利用率、滿足用戶交互以及任務實時響應需求，基于多任務模型實現處理機、存儲器、設備、文件等軟硬件資源分配、共享管理功能。基礎的操作系統一直都是信息技術研究的重點，國內操作系統發展緊跟國際信息技術發展，大致經歷了以下三個階段。第一個階段是從20世紀80年代到90年代，主要是高性能計算機操作系統研制，如“銀河”計算機系統軟件[4]、并行操作系統等；第二個階段是從21世紀初到10年代中期，以Unix/Linux 為基礎研發桌面版、工作站版、服務器版操作系統，如中科紅旗、優麒麟、中標麒麟等；第三個階段是從10年代中期到現在，服務于云計算、智能終端、物聯網等新技術應用，如Euler OS、Harmony OS、Lite OS等。由于系統軟件的復雜性、微軟先發優勢及知識產權等問題，國產操作系統在過去步履維艱。但是，基于計算產業的完備的操作系統形態基本建立，呈現出多樣化發展趨勢。在超級計算機領域，如麒麟操作系統[5]，神威睿思系統等；在個人計算機領域，如Deepin、優麒麟、UOS等；在服務器領域，如浪潮K-UNIX、Euler等；在智能手機平臺，如HarmonyOS等；在云計算平臺，如華為云操作系統、阿里云操作系統等。國產操作系統依賴的硬件基礎環境亦多樣化，支持Intel、升騰、AMD、龍芯等多種處理機。國產操作系統大多得益于自由軟件和開源軟件的發展，兼容UNIX/Linux操作系統。Windows操作系統以方便性占領絕大多數民用PC市場，UNIX/Linux操作系統以穩定性、安全性在服務器領域普遍應用，國產操作系統受迫于美國等西方國家科技霸權不斷進入公眾視野，在政府的主導作用下由軍工、科研等安全部門應用向公共、娛樂應用挺進，國內相關產業力量應對生存危機積極倡導自主操作系統生態發展。國產操作系統產業初具形態，從國家安全及信息技術在國家經濟中的重要地位層面上講應繼續培育壯大自主操作系統，以產業發展引領操作系統軟件人才培養，以人才培養創新自主操作系統生態。

2 產教融合操作系統課程建設

操作系統是計算機類專業的核心課程，具有理論性強、實踐性難、復雜度高等特點，理實交融成為當前系統軟件教學的難點[6]。特別是在地方本科高校，學生理性批判精神不高，缺乏足夠的科學研究素養，面對系統軟件挑戰很難具有雙一流高校學生那樣的實力進行系統研究，從應用軟件開發向系統軟件應用存在障礙。地方高校以應用型人才培養為主，發展適用的、特色的應用型課程是當前學校的重要任務。結合地方學校發展目標和學生實力現狀，提出了“一核三用”的產教融合課程建設方案。

2.1 課程組織方式

課程是現代教育最基本的教學活動組織形式[7]。從系統全局性出發按任務劃分的操作系統原理課程工程模型如圖1所示，包括課程資源、課程實施和課程創新評價三個建設模塊。課程資源是課程的基礎和環境，分為軟件和硬件，產教融合課程資源主要來自產業發展而非學科研究。課程實施是課程建設的中心任務，是教與學的互動過程，是立德樹人目的的落地，產教融合過程中堅持學校育人主體地位，吸收兼容產業發展最新成果。課程評價是對課程建設的監督，包含教授技能與學習效果評價、學習體驗評價、課程建設要素評價、產教課程目標達成的評價等。課程實施包括課程目標、課程設計、課程教學、課程考核四個階段。課程目標反映了課程建設的專業需求和產業需求，是課程建設的宗旨和目的。課程設計根據課程目標對教學內容、形式、方法、考核進行整體規劃，預計教學時間和資源。課程教學有課堂組織和教學方法兩個關鍵點，課堂組織是運用教育學和心理學原理貫徹課程設計開展具體的教學活動，是學生學習經驗積累的重要環節，如傳統課堂教學、基于工作過程的學習情境教學、項目/案例教學、實驗/實習教學等，教學方法是在教學活動中運用的技巧，如討論、舉例、比較、問題啟發等。課程考核是對學生學習效果的評價，傳統的有成績評價法，產教融合創新評價設置競賽、論文、發明/著作權、項目、報告、認證等成果評定法。從課程實施生命周期來看，課程目標處于需求分析階段，課程設計處于設計階段，課程教學和課程考核處于落地階段。

2.2 課程內容建設

基于物聯網、人工智能和云計算三個產業應用，設計和實現了物聯網操作系統、通用計算機操作系統和云計算操作系統三個應用方向，如圖2所示。物聯網操作系統應用以FreeRTOS為基礎，研究任務執行的時效性，支撐學校無人機研究發展特色；通用計算機操作系統應用以Linux為基礎，研究操作系統調用接口；云計算操作系統應用以華為云為基礎，研究任務部署和系統可靠性。云計算操作系統應用產業技術企業開展彈性云服務器、云硬盤、對象存儲服務、虛擬私有云、彈性公網IP等內容的應用教學，解決學校現有信息硬件資源不足系統無法部署難點，達到軟件設計、開發、部署條件全覆蓋，為學生提供信息技術創新創業條件，實現系統虛擬化應用教學。

產教融合課程豐富了課程實踐資源，拓展實踐教學的同時又要凝練理論教學，使理論教學內容更精準指導實踐教學。對應的三個系統軟件理解教學層次，分別為無存儲管理的操作系統、多任務操作系統、計算機虛擬化和操作系統虛擬化，如圖2所示。無存儲管理的操作系統基于物理主機實現，核心概念有指令、中斷、系統態、用戶態等；多任務操作系統是計算機半虛擬化階段，核心概念有進程、虛擬存儲器、虛擬設備、虛擬文件系統等；計算虛擬化和操作系統虛擬化階段解決了任務跨平臺部署問題，是當前計算機虛擬化的最高階段，核心概念有虛擬機、沙箱、docker 等。以理論教學引導學生開展物聯網操作系統、通用計算機操作系統、云計算操作系統應用，使系統軟件學習更有目標性。

2.3 產教協同課程教學

“深化產教融合，促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接”是當前推進人力資源供給側結構性改革的迫切要求，對新形勢下全面提高教育質量、擴大就業創業、推進經濟轉型升級、培育經濟發展新動能具有重要意義。現代產業發展不僅僅是商品的生產和交付，更重要的是以技術為核心形成的社會分工體系和消費群體。自主產業生態需要通過和高校合作培養產業人才，通過職業認證體系建立開發者職業上升通道，培養行業領軍人才。堅持高校課程教學主導地位，貫徹實現學校立德樹人根本任務目標的同時與產業相結合延伸課程教學，把產業人才發展計劃與課程教學有機結合，例如圍繞某個方面、某個知識點改革課程教學內容、引進企業師資力量教學、引導學生積極參與操作系統開源設區建設、創造條件讓學生到相關企業研究實習、與企業聯合對學生進行項目訓練。校企項目人才培育是以問題為導向，強調問題的解決能力以及學生實踐能力的培養，項目實施過程一般包括項目需求分析、項目設計、項目實現、項目部署和項目維護等。學生在參與產教融合課程建設過程中，可以將所學知識密切聯系產業發展現狀，獲得產業資源、榮譽和獎勵，為產業職業發展奠定基礎。教師在深度參與產教融合課程建設過程中能夠有機會參與企業科研項目，分享產業發展成果。相較于項目建設、校外實踐教學基地等產教融合形式，以課程為紐帶的產教融合是產教深度融合的重要體現，人才培育的長期效益帶來的不確定性影響著產業對于課程改革的深度，學校育人主體地位是產教融合的關鍵。

3 產教融合課程評價

課程評價是課程建設的助推器，通過評價可以有效監督日常教學達到鞏固整改提高的目的。產教融合操作系統原理課程評價采用四種形式：一是聽課評價，按聽課評價人分類包括教師、校企專家等聽課評價；按聽課評價目的分類有試講、比賽等聽課評價，重點是評價教師某個知識點的教學技能，教師通過企業師資培訓、取得職業認證方可進行授課；二是學生評教，即從學生視角判斷教師教學水平，包括教風、教法和知識等方面，盡管學生評教廣受質疑，但是學生作為教學服務的對象對教學發表觀點最有發言權；三是教學質量考核評價，重點考查教師一段時間的教學績效，包括取得成果的數量和效率兩個方面；四是課程量表評價，包括教學隊伍、教學條件、教學建設與成果、教學內容、教學方法與考核方式、教學效果等評價，在一段時間內對課程建設進行綜合評價。前三種形式以教師要素為中心進行課堂評價，最后一種形式以課程為中心包含六個要素評價，基于要素設計量表由校企專家共同參與評價有利于指導課程建設，有利于課程規范化建設，但長此以往教師對量表的依賴，短板效應明顯，需要建立更加穩定校企理事會機構定期對評價量表進行更新。

4 結束語

自主技術生態產業發展壯大離不開人才的支撐，大力發展產教融合促進人才鏈和產業鏈的結合既是自主技術產業發展的需要，也是新時代人才培養質量提升的需要。調研國內操作系統產業發展，突破操作系統原理課程理實交融瓶頸，以工程思維全面梳理課程建設內涵，建設產業目標導向的操作系統應用實踐，通過課程創新評價形成課程建設閉環，達到產教融合課程建設的主體多元化，人才培養目標向產業戰略需求轉變，知識體系與產業發展對接，課程評價與人才職業發展對接。