人工智能時代的操作系統(tǒng)課程思政探索

丁凱孟　徐楠

[摘 要] 作為計算機相關專業(yè)的基礎課，操作系統(tǒng)旨在使學生深入理解操作系統(tǒng)的體系結構與原理。在人工智能飛速發(fā)展的大背景下，探討人工智能時代的操作系統(tǒng)課程思政的目標、方法以及對專業(yè)課教師的育德能力要求，以人工智能為切入點挖掘教學內容中的思政元素，分析人工智能在操作系統(tǒng)課程思政的實施過程中存在的問題，以期實現(xiàn)思政元素與操作系統(tǒng)教學過程的有機融合，培養(yǎng)新時代具有國際視野的優(yōu)秀人才。

[關鍵詞] 人工智能;操作系統(tǒng);課程思政

[作者簡介] 丁凱孟（1985—），男，山西長治人，博士，金陵科技學院網絡與通信工程學院副教授，主要從事人工智能、數(shù)據(jù)安全研究;徐 楠（1973—），女，河南信陽人，博士，金陵科技學院智能科學與控制工程學院副教授（通信作者），主要從事物聯(lián)網信息安全研究。

[中圖分類號] G641? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）12-0137-04? ? [收稿日期] 2020-09-23

一、引言

目前，以“立德樹人”為目標的課程思政在我國受到了廣泛的關注，對我國新一代人才的培養(yǎng)具有重要意義。在2016年全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記強調：“要運用新媒體新技術使工作活起來，推動思想政治工作傳統(tǒng)優(yōu)勢同信息技術高度融合，增強時代感和吸引力?！盵1]這就要求高校教師在課程思政的過程中大膽采用新技術進行人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)新時代具有國際視野的優(yōu)秀人才。

當前，人工智能已經成為重要的科技力量，不僅推動著世界產業(yè)變革與科技革命，也為課程思政提供了新的內容。將人工智能與課程思政進行有機融合已是大勢所趨[2]。在課程思政的過程中，通過人工智能等新技術將思政元素融入專業(yè)課程的教學中，可以有效提升學生的思想素養(yǎng)與專業(yè)技能，進而提高人才的培養(yǎng)質量。

操作系統(tǒng)是計算機類專業(yè)的重要課程，旨在傳授操作系統(tǒng)的設計原理與體系結構，包括CPU調度、存儲器的管理、設備的管理以及文件系統(tǒng)等，對學生構筑完整的計算機理論知識非常重要，所以，在操作系統(tǒng)的授課過程中挖掘蘊含的思想政治資源，把社會主義核心價值觀融入教學全過程將有助于培養(yǎng)學生的責任意識。人工智能作為復雜性科學的重要分支[3]，為高校的思政工作帶來了新方法，也為操作系統(tǒng)的課程思政提供了很好的機遇。但是，操作系統(tǒng)課程學習本身有一定難度，學生也往往缺乏興趣，如果將思政教育生搬硬套地揉進操作系統(tǒng)的課程，就達不到課程思政的初衷。

本文旨在探索操作系統(tǒng)的課程思政過程中如何通過人工智能將思政元素融入授課過程，以提高學生的思想政治素養(yǎng)與專業(yè)技術水平，進而提高人才培養(yǎng)的質量。

二、人工智能時代的操作系統(tǒng)的課程思政內容

（一）操作系統(tǒng)課程思政的目標

對于高校來說，課程思政就是將教學、研究與馬克思主義融為一體，在課程中發(fā)掘各類思想政治教育素材，對學生進行思想政治教育，將“立德樹人”作為目標的教育理念。所以，課程思政既有馬克思主義作為科學指引，也有高校課程教學內容的要求[4]。對于操作系統(tǒng)這樣的專業(yè)課，課程思政的目標是在挖掘專業(yè)知識中蘊含的思政元素的基礎上，通過修訂課程目標、優(yōu)化考核方式、改進教學方法、引入思政教學案例等措施，實現(xiàn)專業(yè)技術教學與思政教育的有機融合，潛移默化中深化學生的家國情懷與社會責任，為新時代培養(yǎng)符合中國特色社會主義建設所需的專業(yè)人才。

（二）基于人工智能的操作系統(tǒng)課程思政方法的探索

1.通過人工智能技術挖掘操作系統(tǒng)的思政教學元素。操作系統(tǒng)是一門偏理論的課程，其教學內容較為晦澀、枯燥，挖掘操作系統(tǒng)的思政元素是一項較為困難的工作。人工智能的突出特點在于具有強大的數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)分析的能力，能夠自動梳理操作系統(tǒng)的知識點與相關課程的教學內容、思政元素等的關聯(lián)，挖掘專業(yè)知識蘊含的德育內容，自動搜尋相關的思政案例，并對挖掘的思政元素進行整理與歸納。比如，通過網絡爬蟲技術在網絡中抓取相關思政相關材料后，通過智能文本分析技術提取思政材料中的核心詞匯，再通過聚類算法將思政材料進行聚類分析，最終得到與操作系統(tǒng)相關的思政材料。

2.通過人工智能技術進行個性化的思政內容推薦。傳統(tǒng)教學過程中，高校往往以班級作為授課的單元。這樣雖然具有較高的教學效率，但面對眾多學生，專業(yè)課教師較難做到因材施教。人能智能強大的分析推薦技術能夠根據(jù)學生的個性差異、專業(yè)基礎以及學習需求進行思政內容的推薦，為學生提供有針對性的教學內容，做到智能化的“因材思政”。比如，可以采用生成式對抗網絡（GAN）來生成學生的卡通形象，并將生成的卡通形象用于思政元素的講解，使學生“真切”地參與思政過程。

3.通過人工智能技術對操作系統(tǒng)課程思政進行評價。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學方法中，專業(yè)課教師大多根據(jù)教學經驗與主觀的分析對教學質量進行評估，這樣一方面嚴重依賴于教師的教學經驗，另一方面也缺乏相對普適性的評估模型，難以進行量化評價，容易引起質疑。通過人工智能技術可以對教學過程數(shù)據(jù)、學生成績、學生的表現(xiàn)等進行智能分析，實時對思政工作進行評估與反饋。比如，人工智能技術可以較容易地實現(xiàn)人臉表情的自動識別與分類，操作系統(tǒng)的課程思政可以利用這一技術特點來對思政工作進行實時的評價。首先，構建專門的訓練樣本數(shù)據(jù)集（以學生面部表情為主）;其次，對現(xiàn)有的人臉表情分類模型（可以基于VGG19或Resnet18模型）進行有針對性的修改，并基于訓練數(shù)據(jù)對修改后的人臉表情分類模型進行訓練;訓練之后的模型能夠實現(xiàn)學生表情的自動識別與分類，將其用于操作系統(tǒng)課程思政的課堂，可以通過對學生表情識別與分類，最終實現(xiàn)課程思政的實時評價。

4.通過人工智能技術對操作系統(tǒng)課程思政的過程進行管理。深入進行課程思政，必將產生、涉及種類繁多的數(shù)據(jù)，既包括課程思政的相關案例、操作系統(tǒng)的理論教學材料，也包括思政過程的各種數(shù)據(jù)，比如學生的課堂反應情況、課程思政的評估信息等。運用人工智能技術能夠對課程思政的相關數(shù)據(jù)進行有效的挖掘，提高操作系統(tǒng)課程思政的效率，并預測可能出現(xiàn)的難點問題。此外，操作系統(tǒng)課程思政的過程中，部分過程數(shù)據(jù)可能缺失，而人工智能技術可以根據(jù)已有數(shù)據(jù)對確實的部分數(shù)據(jù)進行擬合，能夠在一定程度上彌補數(shù)據(jù)缺失帶來的問題。

5.人工智能技術對交互模式帶來變化。人工智能時代的操作系統(tǒng)課程思政在交互模式上也將發(fā)生很大變化。首先，人工智能的發(fā)展使得語音識別技術、自然語言處理技術、手勢識別技術等日趨成熟，使得專業(yè)課教師能夠在思政過程中更好地與學生進行交互，提高思政教育的效率。另一方面，人工智能與增強現(xiàn)實技術、虛擬現(xiàn)實技術進行結合，能夠為課程思政營造特定的學習場景，比如，營造一個對實時性要求較高的環(huán)境，使學生“見識”操作系統(tǒng)實時性的含義。這樣不僅能夠提高思政效率，還能使學生真切地感受到“科學技術就是生產力”，激發(fā)學生探索新技術的熱情。

（三）對專業(yè)課教師的要求

習近平總書記指出，老師責任心有多大，人生舞臺就有多大[5]。雖然人工智能可以為思政教育提供好的技術、能夠分擔操作系統(tǒng)專業(yè)課教師的部分教學工作，但教師才是專業(yè)課課堂上實施課程思政的主體。在操作系統(tǒng)等專業(yè)課的授課過程中，專業(yè)課教師必須對課程思政的重要性有清晰認識，并堅持“授業(yè)”和“育人”的統(tǒng)一，這就要求專業(yè)課教師具有較高的育德能力[6]。首先，高校教師必須具備較強的育德意識。與思政理論課的教師不同，普通高校教師在教授專業(yè)知識的過程中，對課程思政的內容、方法都有著較大選擇空間。這樣一來，專業(yè)課教師的積極性會對課程思政的效果產生較大影響。所以，專業(yè)課教師要加強自身的思想政治素養(yǎng)，嚴格要求自己的言行，踐行社會主義核心價值觀，正確引導學生的價值觀與信念。另一方面，專業(yè)課教師應該積極挖掘專業(yè)課程中的思政元素，通過人工智能技術提高教學創(chuàng)造力，將思政元素靈活地融入專業(yè)課的授課過程。

三、以人工智能為切入點，將思政元素融入操作系統(tǒng)的教學過程

（一）通過操作系統(tǒng)的發(fā)展的學習，激發(fā)學生的愛國熱情與自信心

過去的幾十年，我國沒有研究出類似Windows系列的PC操作系統(tǒng)，也沒有研究出iOS、安卓這樣的手機操作系統(tǒng)。面對這一窘境，我們可以解釋為我國過去的基礎研發(fā)實力比較薄弱、缺乏高端技術人才，但是，在現(xiàn)如今的人工智能時代，華人在人工智能領域的研究中已經處于領先地位，比如，在人工智能的頂級研究成果中，中國學者與海外華人占據(jù)了半壁江山。這種形勢下，專業(yè)課教師結合現(xiàn)如今中國學者在人工智能領域取得的輝煌成就，激發(fā)學生的愛國熱情，使學生樹立“我們能夠在各個研究領域都取得成功”的自信心。在授課過程中，專業(yè)課教師教導學生樹立“技術強國”的觀念，努力提升自己的專業(yè)技術水平，堅定愛國熱情與自信心。

（二）講授處理機調度的過程中，使學生樹立和諧社會的觀念

處理機調度是操作系統(tǒng)的核心功能之一，主要講授操作系統(tǒng)按照一定算法為進程分配處理機的過程。處理機調度的算法固然重要，但處理機調度的本質原因還是資源有限的問題。處理機以及處理機的處理能力是有限的。調度算法本質上是一種規(guī)則：計算機的進程按照某種約定的規(guī)則來使用處理機，就不至于出現(xiàn)混亂;反之，如果進程之間無序地爭奪處理機資源，則整個計算機系統(tǒng)將陷入崩潰。事實上，現(xiàn)實社會中很多資源都是有限的。面對有限的社會資源，道德、社會規(guī)則的約束力量有助于減少社會沖突，節(jié)約社會運行的成本。在人工智能時代，人臉識別、智能調度、推薦算法等技術的發(fā)展不僅推動著社會的進步，也在促進和諧社會的構建。

（三）講授輸入輸出系統(tǒng)的過程中，使學生認識“科學技術是第一生產力”

輸入輸入系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的主機與外部進行通信的系統(tǒng)，包含的設備較為繁多，相關技術發(fā)展迅速。人工智能的基本理論，早在數(shù)十年前就有相關研究，但直到近些年，顯卡技術的飛速發(fā)展才使人工智能技術真正發(fā)展起來。在人工智能的研究與發(fā)展中，大規(guī)模的并行計算已經成為主流，以GPU為代表的并行計算設備在此背景下獲得了長足發(fā)展。比如，英偉達的GTX10系列顯卡相對于GTX9系列就有了巨大的進步，尤其是顯存越來越大，可以支撐的深度神經網絡模型也越來越大;而RTX30系列顯卡相對RTX20系列則在核心處理器上有了很大的提升，可以加快深度學習模型的訓練速度。操作系統(tǒng)則為并行計算設備與處理器提供中間層交互。所以，專業(yè)課教師在講授輸入輸出系統(tǒng)的時候，可以以顯卡的技術進步推動人工智能的發(fā)展為例，加深學生對“科學技術是第一生產力”的認識。

四、人工智能在操作系統(tǒng)課程思政實施過程中存在的問題

（一）教學思路與現(xiàn)有方法存在一定差異

人工智能已經被應用于眾多領域，具有極高的應用性。在人工智能蓬勃發(fā)展的背景下，將人工智能技術應用于操作系統(tǒng)的課程思政，不僅能夠挖掘操作系統(tǒng)中的思政教學元素、對思政內容推薦進行個性化推薦，還能對思政工作的效果進行評價。但是，以人工智能作為技術背景的操作系統(tǒng)課程思政，不僅在模式上與現(xiàn)有的、成熟的教學思路有一定區(qū)別，還在教學方法方面與現(xiàn)有主流的課程思政存在一定的差異。比如，作為很有代表性的操作系統(tǒng)，Linux常常被用作人工智能技術開發(fā)與部署的支撐平臺，如TensorFlow、Keras、PyTorch等最初都以Linux為運行平臺，要想深入掌握這些人工智能庫，就需要深入理解相應的操作系統(tǒng)及其原理。但現(xiàn)在主流的操作系統(tǒng)教學思路中，往往忽視了操作系統(tǒng)對人工智能的支撐，較少將操作系統(tǒng)與人工智能技術進行連接。

（二）人工智能技術存在一定的門檻

這里的門檻包括兩個方面：一方面是操作系統(tǒng)的專業(yè)課教師使用人工智能的技術門檻;另一方面是將人工智能技術應用于課程思政的門檻。絕大多數(shù)人工智能算法都依賴其背后的人類知識專家，包括特征工程、問題建模、模型調參等，這些工作往往具有較高的復雜性，使得操作系統(tǒng)的專業(yè)課教師需要花費一定的時間才能掌握相應的人工智能技術，這就提高了人工智能技術的應用門檻。將人工智能技術應用于課程思政的門檻主要是訓練數(shù)據(jù)的獲取。人工智能算法需要大量的訓練數(shù)據(jù)，才能進行模型的訓練，沒有足夠數(shù)據(jù)進行訓練的模型不具有實用價值。但課程思政過程中，往往缺乏海量的、符合模型要求的“標注數(shù)據(jù)”。沒有數(shù)據(jù)，也就沒有“智能”可言。所以，將人工智能技術應用于操作系統(tǒng)的課程思政，不可能一蹴而就，需要一定的時間積累相應的數(shù)據(jù)。

（三）師生可能過度沉迷人工智能技術本身

人工智能技術雖然能夠促進操作系統(tǒng)課程思政的效率，但如果過度依賴人工智能的相關技術，那么依賴的技術就有可能反噬操作系統(tǒng)的課程思政。一方面，人工智能技術雖能夠提高課程思政的效率，但也可能使專業(yè)課教師過于依賴人工智能技術進行思政元素的挖掘或者思政過程的管理，一定程度上滋生教師的惰性，甚至一旦脫離人工智能技術就有可能無所適從;另一方面，課程思政需要學生的深度參與，這樣才能使學生的思維和視野得以擴展，但人工智能也容易使學生沉迷于人工智能技術華麗的表象，但對操作系統(tǒng)課程思政中的理論問題缺乏興趣，甚至誤以為掌握先進的技術就是課程思政的主要內容。此外，人工智能技術本身的可靠性與有效性是需要時間進行檢驗的。針對這一問題，應當加強對專業(yè)課教師的培訓與引導，并對操作系統(tǒng)的課程思政過程進行有效監(jiān)督。

五、小結

操作系統(tǒng)是計算機類專業(yè)的基礎課程，對學生理解計算機體系具有重要作用。在人工智能飛速發(fā)展的今天，在操作系統(tǒng)的教學中引入思政理論，并通過人工智能技術將思政元素融入操作系統(tǒng)的教學過程，不僅能夠結合新技術使學生深入理解專業(yè)知識，而且能夠促進學生樹立崇高的人生理想，激發(fā)學生的愛國熱情，實現(xiàn)立德樹人和專業(yè)知識傳授的有機結合。

參考文獻

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Abstract： Operating System is a basic course for computer-related majors. It is designed to enable students to deeply understand the architecture and principles of operating system. Under the background of the rapid development of artificial intelligence， this paper analyzes the goals and methods of ideological and political education in the course of Operating System in the artificial intelligence era and the morality education ability requirements for professional teachers. It takes artificial intelligence as the starting point to explore the ideological and political elements in the teaching content and analyzes the possible problems of artificial intelligence in the teaching of this course， in order to realize the organic integration of ideological and political elements and the teaching process of Operating System and to cultivate excellent computer professional and technical talents for the new era.

Key words： artificial intelligence; Operation System; “curriculum ideological and political education”