新工科背景下操作系統課程思政建設實踐探析

李彤，汪中

（合肥師范學院計算機學院，安徽合肥 230601)

0 引言

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調了在高等教育中將思想政治工作融入教育教學全過程的重要性[1]。教育部發布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求將思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設[2]。

新工科建設以新經濟和新產業為背景，旨在推動現有工科專業的改革和創新。新工科專注于服務新興產業，如人工智能、智能制造、機器人和云計算等領域，同時也涉及傳統工科專業的升級改造。在新工科背景下，計算機專業學生的培養要求比以往會更高。高校教師需將課程教學與思想政治教育有機融合，以提高學生的綜合素質。

操作系統是計算機專業的核心課程之一。本課程旨在全面闡述操作系統的架構、設計原理、實現方式和技術應用。課程內容包括操作系統簡介、進程管理、內存管理、設備管理和文件管理等。課程的目標是幫助學生全面掌握操作系統的基本理念和功能，深入了解現代操作系統的實現原理、方法、算法及相關數據結構。學習過程中，學生將建立系統級認識，并將操作系統實現原理融入軟件設計和開發，提升軟件開發的質量。

然而，操作系統普遍被認為是一門難度較大的課程。該課程具有較強的理論性和抽象性，同時要求學生掌握計算機組成原理、數據結構等相關專業課程的知識基礎。在新工科背景下，人才培養體系要求學生具備扎實的專業理論基礎和熟練的實踐能力。因此，如何將思政要素有機地融入專業課程教學，提升學生的綜合素質，使操作系統課程教學應對這一挑戰，成為一個緊迫問題。

1 相關工作

在傳統的思政課程為高校主要思想政治教育途徑的前提下，課程思政將思想政治教育的內容和精神融入所有課程中，目標是建立一個各類課程與思想政治理論課相互配合、共同發展的教育體系，以實現思想政治理論教育的協同效應。通過這種方式，學校可以在潛移默化中完成全程育人、立德樹人的目標，從而更好地實現教育教學目標。

秉持課程思政的理念，學校教育應當形成全方位德育教育的“大熔爐”效應。為此，需要構建一個包含思想政治理論課、綜合素養課程和專業課程相互融合的高校思政課程體系，實現三者之間的有機結合。新工科背景下計算機類專業課程中更應該體現科技興國、實干興邦的精髓，而計算機類專業課程的思政融入一直是課程思政實施過程中的難點。

將思政教育融入課程以激發學生的愛國情感和提高學習興趣是一種有效的方法。許多高校已經在計算機類課程中嘗試思政教育改革，包括計算機組成原理[3]、程序設計[4-5]、計算機網絡[6]、數據庫原理[7]等課程，探索了課程思政和計算機類課程的結合可行性。操作系統作為計算機專業的核心課程，在各專業基礎和實踐課程中處于核心地位。當前，已有相關工作研究將思政教育元素融入操作系統課程教學中。如文獻[8]中對操作系統課程思政進行了探索與實踐，同時完成了課程思政的過程性評價；文獻[9]對操作系統課程思政環節的改革與探索進行總結和介紹，說明了計算機類專業課程實施專業思政教育的必要性；文獻[10]系統地分析了操作系統開展課程思政的實踐內容。

課程思政的目標在于培養具備高素質和責任感強、敢擔當的人才，而新工科建設則要求高等院校培養理論知識和工程實踐兼具的人才，如何將課程思政和新工科建設有機地結合起來，也逐漸成為研究熱點。文獻[11]指出了新工科背景下高校理工類專業課程思政的必要性和有效路徑；文獻[12]對新工科院校如何實現課程思政教學活動與OBE 理念的充分融合進行了研究；文獻[13]探索了新工科背景下數字通信課程思政教育的融入方法和教學實踐，提出“四個融合”的理念。

本文參考相關專業課程的思政改革方法，基于合肥師范學院操作系統課程團隊自建的教學平臺，依托省級質量工程建設項目，從教學目標、教學內容、教學方法三個方面展開課程改革工作，探索操作系統課程思政教育的融入和實施方法，力爭讓思政元素全程、全方位地融入課程內容，以達到激發學生愛國情感、提高學生學習興趣的目的，使學生的能力滿足新工科專業的建設要求。

2 操作系統課程思政融入的課程建設

2.1 教學目標中的課程思政融入

操作系統廣泛應用于國家政府、軍隊、金融機構等多個關鍵領域，作為計算機系統的核心，操作系統教學融入思政教育有助于培養學生的安全意識，使其能夠在開發和維護操作系統時充分考慮安全風險，預防和應對各種網絡安全問題。另一方面，操作系統課程涉及計算機技術的核心內容，將思政教育融入其中，可以提高學生的實踐意識。

在上述背景下，將思政教育與專業知識相結合，有助于培養學生全面發展的能力。在操作系統課程中融入思政教育，可以幫助學生在掌握專業技能的同時，提高思想素質、道德品質和社會責任感。

新工科背景下，需要利用工程教育認證的標準，確定以學生為中心、計算機實踐創新能力產出為導向的課程目標，并增加對思政教學內容的目標要求，建立課程思政與課程目標和畢業要求指標之間的支撐關系，不斷改進教學，從而培養出具有愛國強國信念的創新型人才，為我國操作系統事業輸送人才。

2.2 教學內容中的課程思政融入

1)理論教學中的課程思政元素

操作系統課程理論部分的核心內容包括操作系統簡介、進程管理、內存管理、設備和文件管理。在理論教學過程中，一方面可以介紹相關思政知識，讓同學用思辨的觀點來看待問題；另一方面在教學過程中，可以靈活適宜地穿插介紹與操作系統相關的國內民族企業，以此激發學生的愛國熱情和自強不息的精神。

①操作系統簡介中的課程思政元素

在操作系統簡介部分，可以融入發展的觀點，訓練學生的類比歸納能力。例如，在講述操作系統發展歷程時，講解從無操作系統發展到批處理操作系統，再進一步發展到分時操作系統和實時操作系統。在這個過程中，可以自然地融入思政元素：事物的發展有其自身的規律，是“需求”推動新事物的發展，要堅持用發展的觀點看待問題。操作系統的發展歷程正是一個不斷遇到問題、解決問題的過程。

同時，在本部分內容教學中，在講解到“計算機軟硬件標準”時，介紹了中國電子信息產業集團有限公司發布了首個中國計算機軟硬件基礎體系標準；在介紹到“操作系統最新發展時”，介紹華為公司突破美國封鎖，打造國產品牌屹立世界，開發出了“鴻蒙”操作系統。教師可借此案例來激勵學生勇于創新，突破“卡脖子”技術。

②進程管理中的課程思政元素

進程管理是操作系統課程的重點模塊，在教學進程調度算法過程中，可以引入任何事物都包含了對立統一的兩方面的哲學思想，同時調度算法也蘊含了折中與平衡的哲學思想。這樣的思考方式有助于學生在理解操作系統原理時，更全面地把握事物的發展規律和相互聯系。操作系統中的各種調度算法設計的目的都是要在權衡性能和復雜度，平衡時間和空間的交換。在工程實踐中也遵循這樣的哲學思想，任何工程問題沒有完美的解決方法，都要權衡多個方面給出解決方案。

在講到“RISC”內容時，介紹了上海賽昉科技有限公司發布了其自主研發的全球首款基于RISC-V的人工智能單板計算機——星光(Beagle V) ，助力我國RISC-V產業快速發展。在講解信號量實現進程同步時，介紹信號量的提出者Dijkstra。通過介紹這位著名科學家的成就和貢獻，可以激發學生對于本節知識點“信號量”的求知欲望，從而提高學生的學習興趣。同時可以介紹中國的頂級計算機科學家姚期智，身為圖靈獎獲得者放棄美籍，只為回國培養優秀的中國人才的偉大事跡，讓學生樹立人生榜樣，未來學習做姚旗智一樣高尚的人。

③內存管理中的課程思政元素

在內存管理中，分頁管理對學生來說通常是學習的難點。在教授過程中，可以引導學生提出大量問題。“為什么需要設計頁面置換算法？”“如何將頁面置換策略抽象建模為數學問題？”“是否會出現極端情況？”“為什么會提出不同的算法解決同樣的問題？”“最前沿的頁面置換算法又是什么？”。問題是探究的開始，通過在算法分析與設計中植入一系列問題，創設情景，鼓勵學生大膽猜想和假設，培養學生的科學探究能力和創新思維。

同時在CPU 和內存基礎原理章節介紹目前Intel公司和AMD 公司領跑全球通用CPU 市場，我國自主研發的CPU（如龍芯、鯤鵬等）正處于奮力追趕時期，以中國科學院、華為等為代表的單位正在全力打造“中國芯”，在相關部門和有志之士的共同努力下，國產CPU一定可以實現趕超、引領市場。

④設備和文件管理中的課程思政元素

在設備和文件管理中，在教授設備控制的四種方法章節時，融入協調發展、物盡其用的思想理念等，無論是慢速的程序控制、中斷控制方式，還是快速的DMA控制方式、通道控制方式，都有各自的用武之地；在講解Unix 多級索引結構時，融入Unix 系統的哲學思想：“一個程序只做一件事，并做好。程序要能協作。程序要能處理文本流，因為這是最通用的接口。”當學生理解了這些知識點后，在未來的工程實踐和工作中，可以不斷追求卓越，相信軟件設計是一門值得投入智慧、創造力和激情的技藝。這種信念將激勵他們在專業領域內不斷成長，為社會創造更多價值。

在“顯示器設備”章節，講解京東方科技集團股份有限公司以2 147件公開的半導體技術發明專利申請量位列全球三甲，其研發的液晶顯示屏在智能手機、平板電腦、筆記本計算機、顯示器、電視這五大領域的市場占有率均位列全球第一，從而培養學生創新意識。

2)實驗教學中的課程思政融入

操作系統實驗課程在操作系統學習中起到了關鍵的作用，可以有效地提高學生動手能力，加深理論知識理解。目前信創產業飛速發展，在新工科背景下操作系統課程中，實驗教學急需改革，有必要設計基于國產操作系統實驗項目，使學生提高實踐能力并及時跟蹤新技術的發展，同時提高民族自信心和自豪感。

操作系統課程的實驗環節依托兩個教育部協同育人項目——“國產操作系統課程建設及應用開發”和“新工科背景下基于云實驗實訓平臺的操作系統課程建設”，由麒麟公司提供了60套國產服務器操作系統，借助企業國產化操作系統的資源，構建國產操作系統實踐平臺，為高校新工科各專業人才培養提供有力支撐。學生在此平臺上開展了應用移植、容器遷移、應用部署與發布等實驗，實驗云平臺為學生提供了實踐機會，使他們能夠將理論與實踐相結合，滿足新工科專業人才的能力需求，為培養創新型人才奠定基礎。

在國產化操作系統實驗改革后，實驗教學過程也全過程地融入了思政教育。這種深度融合的思政教育使學生對我們的大國制造充滿信心和期待，更好地激發了他們積極參與實踐操作的熱情，有效提高了實驗教學質量。

2.3 教學方法的課程思政融入

為了實現新工科背景下的操作系統課程思政融入，在教學方法上將傳統的課堂教學模式轉變為線上線下混合模式，并依托超星學習通平臺上的慕課視頻創建了翻轉課堂。翻轉課堂的設置有助于提高學生的學習積極性和主動性，使他們在課堂上更加關注實際問題。這種模式鼓勵學生主動參與討論，發揮創新思維，培養解決問題的能力。同時，在線上線下相結合的教學模式有助于將思政教育更好地融入操作系統課程中，從而提升學生的綜合素養和專業技能。

學生通過線上預習、復習、作業和隨堂測試等環節，能夠更好地準備和回顧課程內容。同時，在線下課堂中安排了知識點串講、習題答疑、小組討論等活動，以增強學生的互動和參與性。通過線上線下相輔相成的教學模式，更好地實現了操作系統課程思政融入的目標。

在課程實施的各個環節中都使用了新型手段和工具輔助線上線下教學，通過學習通班級群方便快捷地開展線上答疑等活動，通過課程平臺實現學生自主學習，提高學習效率，增強了師生線上互動。圖1為線上課程平臺的示意圖。

圖1 操作系統課程平臺

3 課程思政實施效果

為驗證課程思政的實施效果，分別對改革前合肥師范學院軟件2018 級軟件工程學生以及改革后2019級軟件工程學生的成績進行了統計分析，其中改革前2018 級平均分為72 分，改革后2019 級平均分提高到了78.3分。在實現課程思政建設后，60分以下占比降低了37.5%，90分以上占比提升了約80%。圖2給出了相應分析結果。

圖2 課程思政實施前后教學效果對比圖

同時，在2019級課程結束后做了與課程思政有關的調查。60 名學生中所有同學都覺得在思想上有幫助，75%的同學明確表明提高了對操作系統課程的興趣，同時增加了自己的動手實踐能力，增強了工程思想。

通過將思政教育融入操作系統課程，更多的學生積極參加了教師的課題研究，并成功地獲得了“全國大學生程序設計大賽”三等獎、“安徽省大數據與人工智能應用競賽”二等獎。在課題研究過程中，學生們有機會深入了解實際問題，積累實踐經驗，提升自身的技術水平。與此同時，他們還能體會到國家發展和民族振興的緊迫性，培養強烈的愛國主義情懷和責任感。這樣的教育模式既有助于提高學生的專業技能，又培養他們的道德品質和社會責任感。

4 結束語

本文主要基于省級質量工程和教育部產學研合作育人項目，從操作系統課程的教學目標、教學內容、教學方法等方面入手，探討了新工科背景下操作系統課程思政教育的構建和實踐，深入挖掘了操作系統課程中的思政要素。

在實踐中發現，將思政教育與操作系統課程相結合，可以提高學生的專業素養、創新能力和國際視野，同時增強學生的愛國情懷和責任意識。此外，通過改革教學方法和實驗環節，我們還促進了學生的主動參與和實踐能力的提高，為培養新工科背景下的創新型人才奠定了基礎。

本文的研究和實踐為其他課程在新工科背景下融入思政教育提供了有益的借鑒，有助于推動教育改革的深入進行，培養更多具備全面素質、創新能力和國際視野的優秀人才，為國家的發展和進步貢獻力量。