《操作系统原理》课程思政教学改革及案例设计
时间：2023-04-15 13:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王旭阳，李 睿，赵丽婕
（兰州理工大学 计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050）
在新时代的今天，党和国家更加需要也更加强调“课程思政”的展开，对青年大学生进行全面发展教育。当今，我们正面临着民族要复兴，国家要进入世界强国之巅，走向世界舞台中央的奋斗目标，以及数字化、智能化的新技术革命的到来形势之猛的变局，国家及普通个人都应该抓住时代契机。我国高校教育实施全方位育人，发展教育新局面，为民族复兴提供高意识形态和科技创新的人才支撑是高校教育工作者对党和人民的献礼。在传授专业知识的同时，将思政教育贯穿于教育的全过程，加强青年大学生的家国情怀，使青年人具有“天下兴亡，匹夫有责”的大局观，做到责任担当，在接受完高等教育，步入社会时，能担负个人社会职责，为实现现代化强国作出专业贡献。国家高等工科院校是为民族复兴大业提供创新型人才的主要源泉，将思政教育全方位融入专业课程传授的过程，形成“以人为本”的教育体系对于高校课程思政教育的展开意义重大。课程思政教学改革的目的就是要全方位实现高校思想政治教育工作，其主要平台是课堂教学，实现课堂全面育人的作用。从而打破专业课程内容的特殊性和局限性，拓展到课程思政的一般性和普遍性，将“立德树人”作为高校课程教育的主题[1]，潜移默化地培养学生家国情怀与大局观。
计算机科学与技术学科拥有着先天应用网络来进行思想政治育人的优势，同时也面临着巨大的挑战，操作系统集中了对计算机资源的管理和计算机程序控制功能，是整个计算机系统的核心，其他计算机软件都是建立在操作系统的基础上运行，并得到操作系统的服务与支持，操作系统在计算机系统中的核心作用，决定了《操作系统原理》课程内容是计算机专业学生必修的专业基础内容，是软件工程、网络空间安全和计算机科学与技术等计算机相关专业的专业必选课。该课程的内容主要涵盖操作系统的出现、发展与工作原理，课程内容呈现方式通俗易懂、前后逻辑贯通、概念清晰，符合矛盾的普遍性与特殊性原理，因此，在《操作系统原理》课程教学中融入思想政治教育，在传授专业知识的同时发挥对当代大学生价值引领的作用。通过学生在专业学习中产生的思维碰撞，引导大学生的正确价值取向。既可以培养学生的逻辑思维能力，又可以提高大学生对专业课程学习的兴趣、积极性和创新性。同时能够引导计算机专业本科学生的价值取向与家国情怀，把自己的价值实现与利益得失融入祖国改革发展的伟大事业之中[2]。因此，在该课程中引入“课程思政”元素，能够将习近平总书记指示贯彻于青年大学生的专业课程教育工作中，使得专业课堂教学过程在高校政治思想教育中起到主要作用，有着非常重要的研究意义。
（一）设计目标
课程思政基于对专业思想政治教育规律、专业知识传授规律、人的成长和发展规律的准确把握，从“育人”的角度出发，深入强化“以人为本”的教育主题思想，突出青年大学生的全面发展教育是新时代下课程教育理念的创新与升华，也是“课程思政”的本质目的所在，专业教师在传授课程知识的同时，引导学生将所学的思政知识元素转化为自身内在的意识形态与行动准则，是工科院校思政教育的基本目标。《操作系统原理》课程主要学习操作系统软件的设计原理和核心算法，课程教学内容全面展现专业知识的覆盖程度和对学生各方面能力的培养，在专业课程教学过程中一方面将专业知识与能力传授给学生，另一方面挖掘研究其中所包含的思想政治教育部分，有效地融合专业知识技能传授与思想政治教育，使青年大学生的道德品质朝着国家和社会所期待的方向发展。
因此，《操作系统原理》课程思政的案例设计主要遵循以下两个目标：
1.知识能力培养目标：能够理解计算机操作系统相关的概念，理解操作系统对计算机各部件的管理方法，对操作系统的不同设计方案进行推演和分析，培养学生认真严谨的逻辑推演能力；
能够分析计算机领域复杂工程问题求解过程中的关键影响因素，掌握操作系统管理计算机过程中核心算法的设计思想并编程模拟实现，能对不同的算法进行性能分析。
2.课程思政价值目标：努力发掘学生在学习专业课程知识的过程中，潜在地创新逻辑思维方式、文化内涵及价值观取向，以深刻当代青年学生的责任担当、拓宽学生的知识视野为目标，引领学生理性正确地认识世界和我国的发展格局，将个人理想与民族的前途和命运结合在一起，充分发挥自身价值。培养有高尚职业道德、专业技术过硬的新工科人才[3]。
（二）教学案例
本课程教学案例主要从需求驱动创新发展、用联系的观点全面考虑问题、职业道德、团队协作和敬业精神等几个方面来挖掘思政元素[4]，从操作系统的形成与发展、进程并发、虚拟存储器、计算机安全等几个方面设计了四个典型案例，力求将思政教育潜移默化地融入专业课的整个教学过程[5]，从而达到课程思政的教学目的。
［案例1］在讲述操作系统形成与发展的主题时，引入案例讲述我国计算机科学家如何从103型计算机起步努力追赶直至赶超世界强国的艰苦历程，弘扬中华民族自强不息、自力更生的精神。
我国计算机事业的起步虽然比美国晚了13年，但是经过一代又一代专业科学技术人才的艰苦奋斗，中国与美国的差距缩小了。中科院计算所在1958年成功研制了我国第一台小型电子管通用计算机103机（八一型）。1974年，清华大学等单位联合设计研制成功采用集成电路的DJS-130小型计算机，运算速度达每秒100万次，1983年，国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河-I巨型机，这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑，曙光公司在1995年又推出了曙光1000(含有36个处理机)，这是国内第一台具有大规模并行处理机（MPP）结构的并行机，每秒钟的浮点运算速度峰值达到了25亿次，而它每秒钟的实际浮点运算速度也超过了10亿次的高性能运算基准。曙光1000与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外的差距缩小到5年左右。之后中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU—“龙芯”芯片，曙光公司陆续推出曙光3000超级服务器、“龙腾”服务器…，曙光公司研制的“曙光4000A”这一超级计算机，排名第十，而每秒钟的运算速度达到了8.061万亿次。通过引入我国计算机发展历程，激励学生立志、自强，树立远大志向，为实现中国梦奋斗不息。
［案例2］通过学习程序并发执行时，操作系统对于进程的调度与管理，培养学生在日常学习和工作生活中具有强烈的规则意识、合理竞争和互利合作的理念，引导学生用联系的观点看问题，培养学生互利共赢、乐观积极的意识，打造青年大学生团队合作精神，遵守秩序的品德。
我们的日常工作学习中竞争无处不在，合作不可或缺。同样，并发进程间也存在竞争和合作的关系。进程的提出，使得计算机程序的并发执行得以实现。由于计算机资源的有限性，并且根据矛盾的对立与统一规律可知，程序的并发执行，使得计算机系统资源利用率提高的同时，必然会引起进程间的资源竞争和等待现象，甚至进程间对资源的盲目竞争会导致计算机系统的崩溃。而正是进程间的同步关系和互斥关系保证了程序并发的顺利执行。进程的同步是指多个合作完成任务的进程，在同步执行的过程中能相互协调进行执行。进程互斥避免了进程间因竞争资源而形成的死锁问题，也就是当临界资源没有被占用它的进程释放前，申请该临界资源的其他进程会被阻塞。推动事物发展的力量是矛盾，合作完成特定任务的进程间的互斥关系和同步问题，就是一对矛盾统一体：这些进程之间相互依存又互相排斥。引导学生认识事物间普遍联系的客观规律，学会通过联系与发展的事物规律和方式认识问题和看待问题，培养学生尊重客观社会规律、和平共处的生存意识。
［案例3］虚拟存储方式使得计算机存储空间的利用最大化，而创新思维是实现虚拟存储不可或缺的基石，通过学习现代计算机系统虚拟存储管理的思想，引导学生认识到“创新思维是发展和前进的第一动力”，培养学生科技强国和创新为先的意识理念。
作为计算机系统重要组成部分的存储器，也是计算机程序的运行空间，在有限的内存空间运行多道大作业，最直接的实现方法是增加物理存储空间，但这会受到计算机系统硬件结构的限制，更会增加计算机成本。虚拟存储器的出现解决了这一问题，虚拟存储技术是指在进程创建初期只在内存中调入最近需要使用到的一小部分程序和数据，其余的程序和数据部分仍然存储在计算机磁盘上，在需要的时候再通过请求，将其调入内存中支撑后续程序的运行，同样可以实现多道并发进程的运行。虚拟存储技术是通过空间换取时间的方式，从逻辑角度上增加了内存容量，在运算性能与复杂度之间寻求到一个平衡点；
通过学习和分析虚拟存储技术的实现方式，引导青年大学生领悟折中和平衡的哲学思想，并能运用于往后的学习和工作中；
极力调动学生学习的主动性，培养学生的逻辑创新能力和用科学理性的方法分析和解决问题的能力。
［案例4］在讲授操作系统的安全与保护内容时引入安全案例，强调保护自身信息安全的重要性，培养学生守法律法规，拥有良好的职业道德，正确应用专业知识为国出力，造福社会，拒绝非法入侵。
当今信息化时代，计算机的普遍使用导致了计算机中信息量的飞速增长，相比于传统的纸质信息，计算机中信息的开放特性和易变特性更加明显，进而出现了计算机中大量信息的安全问题，从国家政治、经济、文化机密安全，到小型商业和企业信息安全及个人信息安全等，对于不同层次级别的单位、部门以及个人都有着不可忽视的重要意义。因此，随着社会科技的发展，以计算机中的大量信息为主体的信息安全越来越受到国家和全体人民的关心重视，我国逐步完善网络信息安全法律法规，这是因为，在信息化的时代，对于计算机中大量的信息，一旦出现管理不当或者泄露问题，将会对个人乃至整个国家，造成不可弥补的损失，信息安全问题关系到国家的政治、经济、文化等各个方面。计算机及相关专业本科学生，作为未来信息技术的中流砥柱，必须具备操作安全意识与思想。因此，在讲解时引入国内国际典型案例，一方面加强学生对于信息操作安全重要性的认识，另一方面培养学生的职业道德与行业规范，引导学生通过自身专业知识这把利刃，为国家的信息安全这一重要战略贡献自己的力量，维护国家利益。始终保持初心，牢记青年使命，爱国敬业，担负起青年人的责任。
在课程教学过程中，通过超星泛雅教学平台自建相关的教学资源，通过课前、课中和课后三个阶段，从案例引入、原理阐述和话题讨论实施教学过程，尽可能地激发学生对于专业课程的学习兴趣，增强学生的专业技能，循序渐进地培养学生的学习积极性，从而使得该课程教学效果及收益最大化。下面通过“计算机系统的安全与保护”思政教学案例来介绍教学实施过程。
（一）课前导学
课前发布这节课的知识能力目标与思政教育目标，通过观看课程录制视频及查阅相关的文献资料，让学生了解和认识系统文件安全问题，在教学过程中，强调文件系统安全性及操作系统安全性的重要特点与意义。
知识能力目标：了解操作系统安全机制、掌握文件系统保护措施。
思政教育目标：引导学生深刻理解计算机安全的重要性，培养遵纪守法，爱国敬业的品质。
课前导学主要包括以下三个工作：
1.教师通过超星教学平台上传学习资源及录制的课程视频，通知学生进行课前预习，让学生带着以下三个问题预习。
（1）操作系统安全机制有哪些？
（2）文件保护有哪些措施？
（3）入侵技术有哪些核心算法？
2.教师安排学生自学任务，学生通过网络学习资源和相关的书本资料，思考以下四个问题：
（1）无知导致的信息泄露怎么避免？
（2）违反我国网络法律法规，造成重要信息泄露应该如何处理？
（3）为了非法利益而故意泄密有什么后果？
（4）非法入侵对计算机系统会造成什么样的危害？
3.学生接到课前导学的学习任务后，利用超星网络教学平台上的学习资源，独立自主地学习相关知识点，并带上自学任务，积极主动地收集材料，进一步拓展学习的空间与时间。
（二）课中互动
1.导入问题并提问，引出讲授主题和目的
根据自学任务导入授课主题和目的：与学生互动，掌握学生对于我国信息安全相关的法律法规以及安全标准的了解和熟知程度，并具有针对性地进行补充。使学生懂得信息安全对于国家的政治、经济、文化等各方面乃至个人安全的重要性，明确作为一个IT业内人员，所要担负的职责与使命。
2.案例引入
教学过程中引入以下国内及国际典型的黑客入侵案例：
［案例1］入侵服务公司网站
2019年4月，黄某生投资成立泉州某科技有限公司，主营业务为网络安全及软件开发。黄某生作为100%控股股东，招揽了陈某、章某、蔡某作为公司员工。为了公司牟利，黄某生决定入侵某市某服务中心网站，向网站数据库写入个人信息。黄某生为他人写入数据，获利2.2万元。网络公司创业1年，该公司及公司的负责人、员工因犯破坏计算机信息系统罪及犯伪造国家机关证件罪分别被判处罚金及一年八个月至二年三个月的实刑。
［案例2］程序员写代码给自己转账21万
马某，31岁，是一名有着本科学历的程序员。于2018年8月在杭州的一家网络科技有限公司入职，担任该公司的软件技术专家，负责平台系统的开发和维护。2020年1月，马某被公司辞退。按照规定，技术人员离职时应该退出公司账号，并且必须对公司代码保密。但马某并没有遵守规定，他不仅找到保存在私人电脑上的源代码，同时还按照公司业务流程编写了一段可以转账给自己微信账户的代码，并为这段代码设置了定时运作。
［案例3］程序员离职时删除代码
录某，29岁，程序员，在离职当天，未经公司许可，用自己账户登录该公司代码控制平台，将其在职期间所编写的京东到家平台系统代码全部删除，导致原定按期上线的项目延后。公司为保障系统运行畅通，聘请第三方恢复数据，共计支出约3万元。录某的行为符合破坏生产经营罪的犯罪构成要件构成破坏计算机信息系统罪，被判处有期徒刑10个月。
［案例4］头号电脑黑客：凯文·米特尼克，1963年出生于美国洛杉矶，以网络安全咨询师为职业，是被美国联邦调查局统计的黑客，先后出版过反入侵艺术、反欺骗艺术等三部作品。
［案例5］莫里斯蠕虫：罗伯特·塔潘·莫里斯在电脑操作方面颇有造就，创造了著名的莫里斯蠕虫，这是第一个可以通过互联网进行传播的蠕虫。
［案例6］艾德里安·拉莫，因入侵过纽约时报、雅虎、微软、谷歌等许多网站而出名。艾德里安因为入侵一些公司的网站后，会主动免费为这些公司修补网络安全漏洞，还会及时地上报给相关部门，于是他只被判了6个月的监视。
3.发放作业
课后作业以巩固知识能力为目标，布置以下作业题：
（1）什么是文件的安全控制？有哪些方法可以实现文件的安全控制？
（2）尝试叙述自主和强制两种访问控制的实现原理。
（3）试述Windows的安全控制方案。
（4）什么是数字签名技术？
4.抛出思考题
思考题以思政教育为主要目标，发放一道开放式的题目：毕业以后入职工作岗位，要切实发扬精益求精、终身学习、不断创新的工匠精神，在计算机安全方面有哪些想法来严格要求自己，做好本职工作？
（三）课后巩固提升
1.课后总结与完善
根据授课过程中所讲授的课程内容，首先，授课老师给出相关的思维导图，如图1所示，作为学生后续回顾和复习课程内容的一个结构框架，其次，调查学生对所学内容的掌握程度及教学方式是否适应等各方面的反馈，并收集学生建议，进行后续教学方式方法的完善，使得授课效果尽可能达到最好。
图1 内容导图
2.课后作业及答疑
学生在超星网络平台上提交课后作业任务，教师通过超星网络教学平台进行线上辅导。
《操作系统原理》是一门计算机专业基础课程，本研究对这门课程讲授过程中融入“思政教育”的意义价值与具体实施方法做了初步研究，但是对于该课程讲授过程中的专业知识与思政教育融合及其方法措施的探究道路还很漫长，所以，我们还将继续努力，争取早日成熟运用《操作系统原理》课程知识与思政教育融合的教学方法。在将来的教学过程中，进一步深入研究课程教学的实效性，确保教师授课逻辑框架与学生思维理念的对应、授课方式与课程目标的关联。同时，多元化的教学手段和考核方式也给课程教学提出了更高的要求。因此，在后期的教学过程中，我们将不断探究各个学科课程中潜在的核心理念，以此来推动实现高素质教育的发展理念。
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