計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)“課程思政”教學(xué)實(shí)踐探索

張玉琢 肖 飛 向 宇

（云南師范大學(xué)信息學(xué)院，云南 昆明650224）

引 言

在全國高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人[1]。”同時(shí)，習(xí)近平總書記在講話中還強(qiáng)調(diào)：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，其它各門課要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]?！敝链?，“課程思政”這一新的教育教學(xué)理念被正式提出，其涵義就是：傳授知識(shí)培養(yǎng)能力和思想政治教育雙重功能要通過大學(xué)的所有課程來體現(xiàn)，各門專業(yè)課程中蘊(yùn)含的思想政治教學(xué)資源要被充分挖掘和運(yùn)用，把社會(huì)主義核心價(jià)值觀、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿教育教學(xué)全過程，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和實(shí)踐技能，使其健康成長，從而使其在國家的建設(shè)發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。

一、計(jì)算機(jī)“操作系統(tǒng)”開展“課程思政”教學(xué)改革的優(yōu)勢(shì)

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程，在計(jì)算機(jī)知識(shí)結(jié)構(gòu)中有著重要的地位和作用，旨在全面系統(tǒng)地介紹操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)機(jī)理及實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)，包括自啟動(dòng)裝入，系統(tǒng)調(diào)用、進(jìn)/線程概念、同步/通信機(jī)制、CPU調(diào)度算法，死鎖處理、基于分區(qū)/分段的內(nèi)存管理及虛擬存儲(chǔ)、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)等[5]，通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本概念和功能，理解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、方法、算法和相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)級(jí)概念[2]，并將操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理用于軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)中。

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的性質(zhì)和在專業(yè)中的地位決定在本課程中從事思政教育具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：

（1）受眾面廣，由于該課程是面向計(jì)算機(jī)專業(yè)、軟件工程專業(yè)、大數(shù)據(jù)專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)和其它理工類專業(yè)，所以在該課程中進(jìn)行思政教育可以受益于多個(gè)專業(yè)的學(xué)生。

（2）課程支撐的畢業(yè)要求和要求的畢業(yè)生能力與思政教育同向而行：該課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)核心系統(tǒng)的工作原理及其構(gòu)造方法，從系統(tǒng)角度認(rèn)知計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的功能和非功能屬性，未來學(xué)生在進(jìn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的分析、設(shè)計(jì)時(shí)，能夠綜合考慮軟件工程實(shí)際應(yīng)用中的社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，給出合理的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)結(jié)果。

（3）課程內(nèi)容可以與思政教育銜接，操作系統(tǒng)研究的是原理、技術(shù)和方法論。其所講授的內(nèi)容是操作系統(tǒng)發(fā)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(xiàn)了操作系統(tǒng)理論和技術(shù)中最核心、最令人鼓舞的創(chuàng)新內(nèi)容，該課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想通常具有普遍性，包含的思政元素通常具有現(xiàn)實(shí)教育意義。因此，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程中實(shí)施“課程思政”教學(xué)改革具有諸多有利的因素。

二、“操作系統(tǒng)”開展“課程思政”的教學(xué)方法探索

專業(yè)教育與思政教育的結(jié)合不能是突兀與生硬的，教學(xué)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)秉承“潤物細(xì)無聲”的教學(xué)原則[4]，以潛移默化的形式將兩者有機(jī)地結(jié)合起來。一方面不能摒棄專業(yè)理論課程的教學(xué)任務(wù)，將所有的專業(yè)課程教學(xué)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(xué)內(nèi)容突兀地加入到正常的教學(xué)過程當(dāng)中。

為了達(dá)到課程的專業(yè)教學(xué)和思政教學(xué)目的，提高學(xué)生接受專業(yè)知識(shí)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(jié)合的教學(xué)形式進(jìn)行教學(xué)。其中，案例講解法主要通過思政案例引出相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，以幫助學(xué)生更好地理解專業(yè)知識(shí)；思考討論法則是以案例為討論中心點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，思考案例所反映的知識(shí)點(diǎn)和思政元素內(nèi)容。

三、“操作系統(tǒng)”開展“課程思政”的實(shí)踐內(nèi)容

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生就業(yè)范圍廣，具有鮮明的理工學(xué)生特點(diǎn)，在開展“課程思政”時(shí)，我們要注重社會(huì)主義核心價(jià)值觀、優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、科學(xué)精神、學(xué)術(shù)素養(yǎng)、家國情懷等內(nèi)容的培養(yǎng)，滿足學(xué)生不斷增長的精神文化需求[4]。

“操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課,涉及到的內(nèi)容包括：操作系統(tǒng)概述、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理和文件管理[2]。其特點(diǎn)是理論內(nèi)容抽象，繁多。該課是建立及訓(xùn)練學(xué)生系統(tǒng)能力的核心課程[2]，其前導(dǎo)課程包括計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)等課程。

“操作系統(tǒng)”是一門相對(duì)難度較高、學(xué)生興趣匱乏的專業(yè)課。要想在這類課程中開展“課程思政”教學(xué)實(shí)踐，教師必須是堅(jiān)持學(xué)科專業(yè)的性質(zhì)不變、本位不變[4]基礎(chǔ)上,去挖掘本學(xué)科的內(nèi)在哲理、價(jià)值、傳授給學(xué)生。筆者通過實(shí)踐與研究，在“操作系統(tǒng)”課程中開展了“課程思政”實(shí)踐教學(xué)工作，在專業(yè)課程的知識(shí)體系中找到與思政教育的“映射點(diǎn)”，進(jìn)行了精心設(shè)計(jì), 從以下四個(gè)方面進(jìn)行了思政內(nèi)容的挖掘，將社會(huì)主義核心價(jià)值觀、大國崛起，科學(xué)精神與工匠精神、創(chuàng)新精神、折中與平衡的哲學(xué)思想潛移默化地融入到操作系統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)中，從而達(dá)到思政教育的目的。

（一）操作系統(tǒng)發(fā)展過程中蘊(yùn)含的思想政治內(nèi)容

早期的計(jì)算機(jī)沒有裝配操作系統(tǒng)，是人工操作階段，這階段是用戶獨(dú)占全機(jī)而且需要CPU等待人工操作，為了改變計(jì)算機(jī)資源利用率，引入了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)[5]，但其效果有限。為了解決人機(jī)矛盾以及I/O設(shè)備間同CPU的矛盾，單道批處理由此產(chǎn)生[5]，在監(jiān)督程序的控制下，完成作業(yè)的連續(xù)處理，但內(nèi)存中始終只保存一道作業(yè)，這個(gè)階段，I/O操作時(shí)CPU要等待很長時(shí)間，存在嚴(yán)重內(nèi)存浪費(fèi)。為了解決系統(tǒng)資源利用率低和系統(tǒng)吞吐量小的問題，讓內(nèi)存中裝有多道程序，能夠并發(fā)地處理多道程序，引入了多道批處理系統(tǒng)[5]，這改善了CPU的利用率，有效提高了系統(tǒng)吞吐量，但系統(tǒng)沒有交互能力。分時(shí)系統(tǒng)解決了這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，與多道批處理相比，分時(shí)系統(tǒng)中作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存，采用了時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式保證用戶同作業(yè)交互的及時(shí)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(tǒng)資源，分時(shí)系統(tǒng)極大地提高了資源的利用率；但在實(shí)時(shí)性和可靠性高的領(lǐng)域，分時(shí)系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這要用到實(shí)時(shí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部請(qǐng)求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)指定事件的處理，實(shí)時(shí)系統(tǒng)有高可靠性，它采用多路容錯(cuò)機(jī)制來保證系統(tǒng)的安全。近年來，操作系統(tǒng)朝向并行化、網(wǎng)絡(luò)化、便捷性、融合性方向發(fā)展。在此，我們除了專業(yè)的學(xué)習(xí)外，自然地融入思政科學(xué)觀：事物的發(fā)展有其自身的規(guī)律，是“需求”驅(qū)動(dòng)了新事物的發(fā)展，堅(jiān)持用發(fā)展的觀點(diǎn)看問題。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程就是遇到問題，解決問題的過程；此過程中蘊(yùn)含了兩點(diǎn)論和重點(diǎn)論的統(tǒng)一，當(dāng)主要矛盾和次要矛盾并存時(shí)，要先解決主要矛盾，再兼顧次要矛盾；同樣的道理，引導(dǎo)將來學(xué)生未來從事軟件開發(fā)要從用戶需求入手，功能實(shí)現(xiàn)性能保證是核心、用戶使用是終點(diǎn)。

在操作系統(tǒng)的這部分教學(xué)中，我們還增設(shè)了以下內(nèi)容：

①讓學(xué)生了解我國操作系統(tǒng)發(fā)展歷程，理清我國操作系統(tǒng)的發(fā)展脈絡(luò)；

②我國享譽(yù)海外的天河千萬億次巨型計(jì)算機(jī)，華為的鴻蒙操作系統(tǒng)研制成功；這些增設(shè)通過課堂講解和課下觀看視頻的方式傳授給學(xué)生，達(dá)到我們課程思政的育人目的：胸懷祖國的愛國主義精神，團(tuán)結(jié)協(xié)作的科研團(tuán)隊(duì)精神，志在高峰的求實(shí)創(chuàng)新精神，奮勇拼博的拼博奉獻(xiàn)精神。

（二）“進(jìn)程調(diào)度”中蘊(yùn)含的思想政治內(nèi)容

在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，可提高CPU的利用率，多個(gè)進(jìn)程可并發(fā)執(zhí)行，但CPU只有一個(gè)，存在諸多進(jìn)程互相竟?fàn)幨褂肅PU的問題，這會(huì)不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)紊亂的現(xiàn)象？這就涉及到CPU資源怎樣分派即進(jìn)程調(diào)度問題。先來先服務(wù)調(diào)度算法是最常用到的，看似公平，但會(huì)導(dǎo)致短作業(yè)等待時(shí)間長，那么若短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度又會(huì)對(duì)長進(jìn)程不利，甚至?xí)?dǎo)致長作業(yè)“餓死”，我們把以上兩者綜合得到最高響應(yīng)比優(yōu)先算法，這個(gè)算法既照顧了長作業(yè)也考慮到了短作業(yè)。但若碰到需緊急處理的任務(wù)，以上算法是不適應(yīng)的，則引入了最高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先的算法，當(dāng)一進(jìn)程所對(duì)應(yīng)的事件緊迫，則賦予這樣的進(jìn)程較高優(yōu)先級(jí)，甚至讓這樣的進(jìn)程可強(qiáng)行剝奪CPU資源去運(yùn)行。針對(duì)分時(shí)操作系統(tǒng)而采用循環(huán)輪轉(zhuǎn)算法，對(duì)通用操作系統(tǒng)采用分類排隊(duì)算法，若考慮到短進(jìn)程不被“餓死”，緊迫的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行及提高設(shè)備資源利用率和降低系統(tǒng)開銷，可采用反饋排隊(duì)算法。學(xué)生通過這些算法的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生加深算法中蘊(yùn)含的哲學(xué)問題的思考，樹立正確的人生觀，價(jià)值觀。這可引申到大學(xué)生在社會(huì)生活中處理問題時(shí)，把普遍與特殊相結(jié)合，既要考慮對(duì)一般情況的處理，又要對(duì)特殊情況給予照顧，優(yōu)先考慮，不片面，不激端，全面地考慮和處理問題。

提高并發(fā)度可以提高系統(tǒng)資源利用率，從而提高系統(tǒng)效率，但并發(fā)度過高會(huì)導(dǎo)致激烈的資源竟?fàn)幎惯M(jìn)程經(jīng)常等待其它進(jìn)程所占用的資源，從而降低進(jìn)程推進(jìn)速度，甚至可能導(dǎo)致死鎖，增加系統(tǒng)開銷。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用交換技術(shù)來控制并發(fā)度[5]，當(dāng)系統(tǒng)并發(fā)度過高時(shí)，將內(nèi)存中的某些進(jìn)程暫時(shí)交換到外存，待以后系統(tǒng)并發(fā)度較低時(shí)再換回內(nèi)存?？梢?，并發(fā)的“度”適中，才可能讓系統(tǒng)效率達(dá)到最大。在此，教師融入哲學(xué)思辯：任何事物包含對(duì)立統(tǒng)一的兩方面，也包含折中與平衡的哲學(xué)思想，即在性能與復(fù)雜度間尋求平衡，時(shí)間換空間與空間換時(shí)間的折中，引導(dǎo)學(xué)生理解這種設(shè)計(jì)思想或哲學(xué)，全面綜合客觀地看待一些生活學(xué)習(xí)中的問題，天下沒有完美的事物，解決問題時(shí)，能把握一定的尺度，不絕對(duì)，形成完善的人格。

（三）“并發(fā)控制”中蘊(yùn)含的思想政治內(nèi)容

在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，進(jìn)程不是孤立的存在，進(jìn)程之間存在相互關(guān)系，會(huì)相互制約、相互作用。并發(fā)進(jìn)程失去了順序程序的良好特性，取而代之的是多個(gè)進(jìn)程是交叉執(zhí)行的，一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境可能被其它進(jìn)程所改變，從而互相產(chǎn)生影響，并發(fā)進(jìn)程多次運(yùn)行結(jié)果不可再現(xiàn)；這就是并發(fā)程序中臨界區(qū)互斥與同步的問題，若不能根據(jù)并發(fā)程序特征正確、恰當(dāng)?shù)亟鉀Q互斥、同步問題，程序會(huì)出現(xiàn)跟時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。進(jìn)程互斥的方法有軟件方法、硬件的方法、信號(hào)量的方法、管程、消息通信，我們重點(diǎn)講解硬件的方法、信號(hào)量的方法、消息通信。這部分是本課程的難點(diǎn)及重點(diǎn)，同樣可以融入思政科學(xué)觀——辯證法的矛盾統(tǒng)一規(guī)律：任何事物內(nèi)部都是矛盾的統(tǒng)一體，矛盾是事物發(fā)展變化的源泉、動(dòng)力。進(jìn)程在執(zhí)行過程中就會(huì)遇到互斥問題和同步問題，就如矛盾統(tǒng)一體：互相區(qū)別、互相排斥又互相依存、互相依賴，事物是普遍聯(lián)系的，要用聯(lián)系的觀點(diǎn)看問題。

（四）存儲(chǔ)管理中蘊(yùn)含的思想政治內(nèi)容

在主存管理中，連續(xù)存儲(chǔ)管理和離散存儲(chǔ)管理有一個(gè)共同點(diǎn)，要求將作業(yè)全部裝入內(nèi)存后才能運(yùn)行，這帶來一個(gè)問題——“小內(nèi)存大作業(yè)”，即作業(yè)的尺寸不能超過內(nèi)存量，這極大地限制了軟件技術(shù)的發(fā)展。為解決“小內(nèi)存大作業(yè)”問題，最容易想到的辦法是增加內(nèi)存容量，但這個(gè)辦法不僅增加成本，還受到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)限制，并不能一勞永逸地解決問題。對(duì)此，教師要引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生在作業(yè)上動(dòng)腦筋，如果不把作業(yè)全部裝入內(nèi)存，而僅僅裝入當(dāng)前運(yùn)行所需的部分，其余部分留在輔存上，需要時(shí)再裝入內(nèi)存，作業(yè)不必全部裝入內(nèi)存就能運(yùn)行，基于這一思想，引入虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)[3]，即在邏輯上增加內(nèi)存容量的方法，從而引入虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析這個(gè)問題的解決方法來啟發(fā)學(xué)生積極思考，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題、解決問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維意識(shí)和能力。

四、結(jié)束語

“課程思政”是高校實(shí)現(xiàn)立德樹人根本目標(biāo)的必然選擇,也是高校課程教學(xué)改革的必然趨勢(shì)?！罢n程思政”使得思想政治理論課與專業(yè)課的互通變得可能，架起了思政課程與專業(yè)課的溝通橋梁?！罢n程思政”的實(shí)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(nèi)容的內(nèi)涵和深度挖掘、思政內(nèi)容融入方式等方面，還有待于進(jìn)一步提高。因此，只有進(jìn)一步加強(qiáng)“課程思政”的實(shí)施范圍和深度，高校才能在教會(huì)學(xué)生技能的同時(shí)，不斷提高學(xué)生思想水平、政治覺悟、道德品質(zhì)、文化素養(yǎng)，讓學(xué)生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。