课程思政

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【课程思政】计算机操作系统:从真、善、美的角度和计算机对话
文:何乔 学生记者团 赵海玲 来源:新闻中心 时间:2022-09-21 6698

当你用鼠标在电脑美观的界面上轻轻点击,方便快捷地在各个程序之间来回切换时,你可曾想过,最初,人们是如何使用计算机的?

其实最初的电脑并没有操作系统,人们只能通过各种按钮来操控计算机。后来出现了机器语言,人们把一些有孔的纸带放入计算机中编译进而完成各种功能。再后来汇编语言的使用,使得编程更为方便。人们在利用汇编语言使用计算机的时候发现有些程序在完成任何功能时都需要用到,于是就将这些具有通用性的程序整合为一个软件,这就是最早期的操作系统。随着技术的发展,高级语言出现,人们进一步开发出了图形界面的操作系统,这使得电脑界面看起来美观整洁且使用起来简单方便。总之,操作系统是用户和计算机“相互交流”的一个窗口,使得普通用户不需要知道计算机底层逻辑就可以轻松调用软硬件资源,完成各种功能。

而对于计算机及其相关专业的同学来说,了解计算机运行的第一层“密码”,明白操作系统是如何对计算机资源进行有效管理和控制,以达到高效和充分利用系统中的软硬件资源,则是知识体系中不可或缺的一环。

计算机学院的“计算机操作系统”课程,是面向大三年级学生的一门专业必修课,同时也是计算机类专业的考研课程。该课程由学院秦科教授、蒲晓蓉教授、丁旭阳研究员、薛瑞尼副教授、李玉军副教授和刘杰彦副教授等几位老师共同负责。在相同的教学大纲的指引下,老师们本着同课异构的理念,根据授课人数的差异,对授课形式进行不同的安排。秦科负责的,是小班教学,班级人数在35-40人之间。

自2010年担任任课教师以来,秦科凭借着自己对课程的理解和用心,获得了同学们满满的“点赞”。在课程进行过程中,他还充分结合科学性、专业性内容,挖掘课程中的爱国情怀、文化素养、工匠精神等思政元素,将蕴含在专业课程中的“真、善、美”展现给学生,实现了专业教育与通识教育的相辅相成,助力学生成长为既有过硬专业知识,也有良好道德情操的栋梁之材。

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专业课中也蕴含真、善、美吗?

大学所有课程都具有传授知识培养能力及思想政治教育双重功能,承载着培养大学生世界观、人生观、价值观的作用。“课程思政”要求教师充分发挥课程的德育功能,运用德育的学科思维,提炼专业课程中蕴含的文化基因和价值范式,将其转化为社会主义核心价值观具体化、生动化的有效教学载体,在“润物细无声”的知识学习中融入理想信念层面的精神指引。

而在秦科看来,专业知识本身确实天然蕴含着真善美的元素,课程思政就是要将传授专业知识和弘扬真善美有机结合起来。具体到“计算机操作系统”课程上,就是要带领学生感悟操作系统的美、计算机科学的美,通过对真和善的追求、对美的欣赏,培养学生积极阳光的心态、社会责任感和家国情怀。

如何在操作系统中“求真”?秦科认为,实践出真知,而操作系统就是检测同学们实践能力的试金石。“‘计算机操作系统’是一门从实践中总结出的学科,必须要动手,才能深刻理解。”秦科说。操作系统主要包含进程与并发控制、存储器管理、设备管理和文件管理等功能模块。秦科在课堂讲授知识点的同时会给学生布置实操作业。同时课程还有8个学时的实验安排。

“操作系统其实并没有太艰深的理论知识,但是它对实践的要求比较高,考验学生是否能看得懂操作系统不同模块是如何设计的,是否能自己动手设计。而学生通过在课堂中,自己动手完成操作系统不同模块的设计,能够极大地激发自己的成就感以及专业认同感。”秦科说。

计算机学院2019级研究生周良杰今年刚刚毕业,在北京找到了自己满意的工作。回忆起本科上的这门课程,他仍然印象深刻。“在上这门课之前,我的学习成绩并不好,绩点连3.0都不到,在操作系统课程上认真学习,我拿到了满绩,这极大增强了我的自信心,也坚定了我在计算机专业继续深造的决心,这才有了后面的考研深造。”

什么是专业知识中蕴含的“善”?秦科认为,善就是善心、良知,要在传授知识的过程中引导学生培养良好的个人品德,同时遵守社会公德、职业道德。比如在讲授进程的调度算法和资源分配算法这个知识点时,他会结合操作系统中系统资源分配,来引导学生讨论如何进行资源调度,是注重短期目标,还是长期可持续发展?他也会在课堂中引入一些社会案例,例如“熊猫烧香”病毒等,引导同学们要遵守职业道德,让科技真正能造福社会、造福人类。

而对于真和善的追求,则潜移默化培养了学生对美的欣赏。同时,操作系统本身也蕴含着“美”。秦科认为,科学不仅需要内在的美,也需要呈现形式上的美,也就是外在的美,操作系统则是最好的体现。“其实美是无处不在的,比如我们经常说,写的代码是否规范、工整,这也是一种对美的追求。”他希望能在课程中,引导学生发现操作系统中的代码之美、层次之美、系统之美……

在授课过程中,他也会融入很多生动的案例:银河系列巨型计算机的研制成功,标志着中国成为继美国、日本之后,第三个能独立设计和制造巨型计算机的国家;计算机的外围I/O设备,绝大多数都深深地打上了“made in China”的标签,中国制造已经被世界认可;华为公司为物联网研发的新一代操作系统“鸿蒙”,正在逐步开源,体现了中国计算机专业人才的杰出工作与贡献……通过这样一些鲜活的案例,来培养学生的文化自信与爱国情怀。

作为一个喜爱中国古典文学的理工男,秦科加入了学校“人类文明经典赏析”课程组,给大一新生开设了“从红楼梦探究国学”专题,在课上分享自己读红楼梦的感悟以及对国学的认识。在“计算机操作系统”课程中,对传统文化他也会提及。在他看来,人文素养对于理工科学生来说尤为重要,它能培养健康的心理、积极的心态和坚韧的精神,激发一个人强大的力量,为培养精英人才、领军人才打下基础。

这样“春风化雨”般的课程思政,在传递知识的同时也悄然影响着学生的人生观、价值观。有学生评价说,“老师认真负责,教学内容生动,并且人文素养丰富,不仅教理论,也教为人处世的道理,让我们真的收获很多。”“课程对人文思想与批判性思维的形成,创新意识的培养以及社会责任感的增强很有帮助。”

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授人以鱼不如授人以渔

除了对学生价值观的塑造,秦科在课程中还注重对学生思维方法和能力的培养。“在上第一节课的时候我就会告诉学生,也许这门课教的知识你以后不一定会用到,但是你从课程中所学到的一些方法论可能能让你受益终身。”秦科说。

由于小班教学人数少,方便互动,秦科便选择了翻转课堂的教学方式。“课程中难的知识点由老师讲,而部分相对简单的知识点则由学生主讲,然后大家讨论点评。”秦科介绍说。比如调度算法这个知识点,他就会安排给学生,请他们分组去调研不同种类的算法,然后在课堂上把它跟其他同学讲清楚。更有意思的是,他还会鼓励同学们在研究知识点的过程中出习题,然后让大家在课堂上现场做。这种让学生自己当“小老师”的方式,不仅调动了学生的学习积极性,同时也锻炼了大家的表达能力。

 计算机学院2018级本科生邵帅对课堂上的互动印象深刻。他说,“还记得秦老师在讲进程的同步与互斥时,他将生活中的很多问题都变成了生产者/消费者问题,然后让我们讨论。我记得在那节课上,几乎所有同学都积极参与,提出了自己的意见,把伪代码当场迭代了四五个版本,最终完美地解决了问题。我对秦老师的上课方式印象最深的就是重视学生的想法,同时老师设置了很多互动,让我们在思维碰撞中发现真知。”

在讲授知识点时,秦科注重触类旁通。比如在讲CPU进程管理的时候,他首先会提问“进程管理涉及到哪些要素?”然后引导同学们思考“进程的属性有什么?”最后再去引导同学们思考“这些要素之间有什么样的关系?”通过这样的层次递进的方式,不仅让学生理解了知识点,更重要的是引导学生形成系统的思维。

作为一门实践性很强的课程,秦科也注重通过课程设计和实验来锻炼学生的动手能力。“操作系统的动手实践主要有两个方面,一个是要能读得懂别人写的源代码,第二个就是假设没有源代码,自己能不能写。因此在课程作业中,我们一般是两种方式相结合:对于基础能力没那么好的同学采取第一种方式,就是把源代码给你,把里面的一些东西拿掉,看能否将代码补充正确;对部分能力比较强的一些学生,我会让他去实现一个算法或实现一个模块,也就是因材施教。”

难度适中的实践设计,不仅加深了学生对知识的理解、锻炼了动手能力,同时也增强了大家的信心和学习兴趣。邵帅说,“课程激发了我对计算机的学习兴趣,不仅掌握了操作系统的基本理论和方法,更增强了理论联系实际的能力。上完这门课之后,我再上‘计算机系统结构’‘计算机组成原理’等课程就感觉比较容易了。”

今年,秦科依托“计算机操作系统”申请了学校的挑战性学习课程。他希望进一步加大课程实践的比重,提高学生理解分析的思维能力、解决问题的动手能力、钻研问题的攻坚能力,为学生铺好路基,助力他们将来在计算机相关领域的科研工作道路上行稳致远。


编辑:何乔  / 审核:何乔  / 发布:陈伟