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《操作系统》课程思政教学案例(一等奖)
一、课程简介操作系统是现代化信息安全的“命门”,属于信创产业核心技术《操作系统(Operating Systems)》(48学时,3学分)是计算机类专业中受众面最广的核心专业基础课程之一,旨在培养学生对现代操作系统架构与实现机制的理解应用,内容涉及理论模型、算法设计、软件实施、工程实现、程序设计等课程探究的问题,涉及许多现实生活中的重大热点与生活场景,在课程开展思政教育既得天独厚又势在必行课程遵循习近平总书记提出的“中国制造、中国创造、中国建造”的重要号召和要求,将“立德树人”作为课程思政理念,把思政工作贯穿课程,提出课程核心价值观爱国、诚信、责任、进取在课程重构中,以学生发展为中心,以充分的学情分析作为基础和依据,结合工程教育认证,培养具有家国情怀、工匠精神、勇于创新的信息产业强国人才
二、结合章节操作系统课程内容分为概念机制、算法模型、程序设计三部分,根据课程核心价值观从七个不同方向设计思政元素融入点,包括爱国爱党的热情;厚德博学、唯实求新的校训精神;精益求精、继承发展的工匠精神;勇于承担社会责任;不断进取的科学精神;客观辩证
二、在讲解经典理论体系同时,加入中国特色内容,如中国计算机与操作系统的发展等;在实验环节加入国产操作系统实验项目,引领学生参加信创项目比赛
三、讲授理论知识时,融入大量人物案例,如计算机科学领军人物介绍、鸿蒙系统诞生历程等,做到经典与时代相结合,提高学生职业素养,激发爱国主义情怀通过教学实践反馈,也发现本教学设计存在一些不足第
一、部分思政案例不够典型,与理论知识在逻辑衔接上不够紧密自然;第
二、课程思政不是孤立的,需要结合思政课程资源库的建设;第
三、操作系统技术发展日新月异,需加入前沿技术与应用趋势内容,比如移动操作系统、云操作系统等,优化课程体系的哲学思想;民族自豪感进一步细化到每一章节内容上所对应的具体的事件和案例,不断更新改进,形成课程思政元素表如下序号批学章节思政触入点国政目标1操作杀此梃融入点1!计算工具的发展史2春秋时期的鼻建过了解中国古代计算论部布起源于北宋的臻算叁是中华知族智生的结晶.工具和务代趣线计算机让学生中国计算机发展史中国慈源计算机的楣美介绍.坚定民族自亲唐,*发爱国主义融人点2:百2019平卷款公司停止与华为的情怀;部分合作以来,华力海量系统走上了掾作察姚发展遇过了解.中要/易闽・、的快车道.华为洛蒙系统的■生.改变全球探作东蜒“Go”匕嘴供事件”让学生认格舄,自主可检的国产操作系就一定可以早日在世识到提作系统发展基距.我发界舞作$统领域发挥桢心引领作用❷学生奋发图强.2遗承并发融入点1:最解畿程互斥同步余座,我育学生连启发学生感悟龙♦与合作学习、生活、工作中憧务团却迎重要性•的哲学发展思想融入点2:分第计算机科手莫喜人之一Edtger帮助学生理解.麦藻It乏W.Dijkstra,介绍其产法求真、不断进取的科学态有时更能送发创造性,,树立不度时进收的科学林时融入点3:通过站台交通信号灯模型济解解决派发学生时校词的认用.同步问题的信号量机制.启发学生科技发展来源于个人发展需建立在大背景之积系,发现多源自生活,厚松专添博学,唯实者力中,散崩学生将个人发展融入求新到学校发展,普个人梦麟人到宏伟的中国梦中.3处理机调度通过桥样力量及发学生融入点1:讲解处理机制度算法中的时间片轮积极向上、精JL求精的香斗椅法时,通过IT界镇军人物雷军求学与创业庵上亦精抻与犍承发展的工旺«#;斗不息的妊局,储合其在学习时将附同分割或以字遹过操作承统业态系统小时为单段•订学习计划,以端程国形式载导学生美的麦源分it机制,引导学生运学会分析季节承妁价值,学会急样学习和实戒.用唯物主义思想客观耕证去分融人戏2:通过优先或调度算法的学习,便学析当下梃会涉及生明白做事关有倏童绽叁;通过透择处理机调度的承与发展”、“放军与公可剥夺性和不可剥雄性,秋方学生在圭话中“JL和牛,、.程序正义与绿果正义■焦零不可累得”的计理,不能损人利己,透反社会等热点问题背后的博弃本质,公屋;学会届察和*立恩考,不言从情在现解•先来先肌分、姐选福优先”、・优绪.不被别有用心言花蚊动带先权谓度》■多it反借队列算法“经典算法机制偏.Qll上,引导学生思考0鲤承写发展)、.效率与公平籍、“福序正义与结果4H L”♦两艰悸击.引入哲学中的平街思想.4存储管,融入点讣解存储管理中的厘叔存储技术让学生毒以到翻快速下面以课程
2.4节《进程互斥与同步》的思政教学为例,介绍思政元素融入课程教学的实践过程
三、教学目标进程互斥与同步教学目标分为知识目标、能力目标和素质目标1能够解释进程互斥与同步的含义知识目标2能够阐述信号量机制及P、V原语的含义3能够正确使用信号量及P、V原语实现进程的互斥与同步能力目标1知识获取能力能够自主学习、独立思考、主动查阅与分析进程互斥与同步的文献资料2知识应用能力能够运用信号量机制及P、V原语的基本理论,编程解决进程互斥与同步的实际问题3创新能力能够应用进程互斥与同步的相关理论及方法,设计与开发国产操作系统进程控制的部分系统程序素质目标1团队协作的职业精神,竞争与协作的哲学发展思想2唯实求新的科学态度与不断进取的科学精神3对国产操作系统是我国整个信创产业根基的认同感.以国家需求为己任的家国情怀
四、案例意义融入点1讲解进程互斥同步原理,教育学生在学习、生活、工作中懂得团结协作的重要性融入点2介绍计算机科学奠基人之一Edsger W.Di jkstra,介绍其严谨求真、精益求精的科学态度;帮助学生理解“资源匮乏有时更能激发创造性”,树立不断进取的科学精神融入点3通过站台交通信号灯模型讲解解决同步问题的信号量机制,启发学生科技发展来源于积累,发现多源自生活,厚德者必博学,唯实者方求新激发学生对校训的认同,个人发展需建立在大背景之中,鼓励学生将个人发展融入到学校发展,将个人梦融入到宏伟的中国梦中
五、教学过程实施
1、教学内容进程的互斥与同步各进程需要相互配合完成工作,进程推进需按一定的先后顺序对临界资源的访问,需互斥的进行进入区若可进入,需要上锁临界区访问临界资源四个代码区---------------------------■退出区负责“解锁”进程的互斥-剩余区其余代码部分空闲让进空闲时应允许一个进程访问忙则等待忙时,需要其他进程等待遵循原则进程互斥与同步有限等待有限时间内进入,避免饥饿让权等待进不了临界区,需程放CPU确定临界区设置初值为1的互斥信号量实现进程互斥-临界区之前执行P操作临界区之后执行V操作信号量机制----------------!运用前趋图找出前后同步关系设置初值为o的同步信号量实现进程同步F--------------------------------------------•前操作之后执行v操作I后操作之前执行P操作
2、学情分析学生已掌握进程定义、进程状态及转换、进程的创建及终止等知识,通过前趋图和程序执行的学习,也已明白程序并发执行存在数据一致性错误,但对如何解决这个问题尚未有概念,可引导学生讨论分析生活中进程并发的模型,自然而然导入进程互斥与同步的教学内容
3、教学设计思路本课程思政建设中,组建了专业教师与思政课程教师的1+1教学团队,深挖思政元素,把握住三个度第一有高度,增强对中国特色社会主义道路认同;第二有深度,从讲系统机制发展到讲科学精神及价值追求;第三有热度,形成浓厚的课程思政育人氛围在教学实施过程中紧抓住三个环节教学设计环节、内容重构环节和教学实施环下课前在线上发布预习课件,并且与学生进行充分的交流讨论,得到反馈,调整教案,形成最终的授课课件在课堂上通过问题启发、案例引导和问题驱动的方式讲授内容,同时配合互动讨论,增强学习效果在课下会发布拓展内容作业、课后测试以及实验项目,引导学生复习和自学,教师自己也会进行教学反思,修订教学文件,整体上形成从线上到线下,再回到线上的一个循环式混合教学闭环具体到本节课的重难点是信号量机制,总体教学设计思路如图所示,主要从以下三个方面进行思政元素的融入,包括团结协作的职业精神,唯实求新的科学态度,以国家为己任的家国情怀莘本饬翱学的课前自主学习J果堂讲授学习________课后拓展学习★发布慕课学习课★查看任务.观看件进程互斥与同视频内容步★扩展预习一★引入生活实例★思考提问★布国线上作业★线上完成作业Edsger W.Dijkstra进程同步原理的介绍★课前讨论.思考提问★课堂讲授进程★课堂学内用点★完成次必项目★发布课前讨论比斥同步的原理及学习内容是信号状★实验项1卜旭愁信号战解决机制机制原理及编程实系统中进程互斥同★线上互动、交流讨论现步的编程实现★完成线上测试
4、教学过程★课堂讨论信号或机制编程实现,★个性化辅导加深对原理的理解★教学反思教学过程采用以学生为中心的BOPPPS模型,该模型分为引入Bridge-in、目标Objective、预评价Pre-assessment、参与学习Participatory learning、后评价Post-assessment和小结Summary六个部分设计目标在于提高学习兴趣,吸引学生的注意力,帮助学生理解课程目标,让学生处于一种主动学习的状态并有效评估学习的效果,同时将思政元素“润物无声”地融入到BOPPPS各个部分的教学中,主要过程如下:教学教学内容教学活动步骤1进程的引入引导学生巩固前驱知知识回顾2进程的状态及装换学生听课,进行思识,并自然引出进程3多进程并发可能引发的数据错误考,回忆梳理旧知同步知识1引入教师以生活中仁以激实际案例引入教学内容,使用案例式和启发培养学生独立自主探Br idge-in发学生的学习》趣,教学案例如图所示式相结合的教字方索问题求解方法的能式力/♦・人・付.■次乂■■人if*付,/・使名・■恰.J5・3的■员堂力.要求学生独立思・M他用星IVA双快—布“”■京与州・大MIL考、自主分析问题、•力ML・二曹惑枳极探索求解的方法2目标教师采用互动M进程弋与类比式共用的方法讲解教师围绕进程互斥培养学生脚踏实地、Objective互斥与同步的代进既念,临界资源与临界区,与同步的课程目标,戒骄戒躁、循序渐程互斥与同步的共三系等内容对进程互斥与同步进、精益求精的工匠的异同点进行提问1道崔冏两种形式的•的关系精神和在工作中团结1同嗜相耳*J初1——毒手窗耐・并类比分析,加深学a一源于*用合作iHW
40.MlitJtJlWff.fftXV近相*6,俯Q.UftIMiinion的*内•£««£1•iftx.生亚选退互斥与同协作的职业意识ft植X的英,称〃“
4.也叫■酎何“大的信or.步的理解彳一曰…“3预评价教师邀请学生,根据课前拓展资料,谈谈对图教师采用启发式与鼓励学生勤于思考,Pre-assess灵奖获得者Dijkstra的认知及自身感想收获,互动式相结合的方积极探索与创新解ment并对其科学成绩与科学精神做引申介绍式介绍信号量机制决问题的方法,激发思想培养学生勇于创新■■■■MAR的科学精神•“的・•-UM*IHetMIIlM学生利用所学的进•»•*«•.HRAfitll•■•弓处程互斥与同步的关■由」,a包©e代・也■t M»«VM♦■■■夕・・•■/*II”学■——・系及信号量机制对•,4”・BX mn公”■■“♦a」值£・■在“引入”阶段给E..Mt*S j.j iwmiitf d♦WCtf«出的案例解决方法・♦人•・进行分析、自我评价、修正与完善借助站台交通灯模型介绍Dijkstra提出的解决进程同步的经典方法信号量机制243信号・演■IA9V wwipbc»re■・一个«—■6;■慢II的大比4参与学采用小组协作的方式,让学生分组讨论案例的通过小组协作、组通过小组讨论,组员习解决方法每个学生在小组中先讲述自己的解决方内讨论、组间交流、间相互交流、互相学Partici patory法,然后小组集体讨论评议每种方法的优缺点,最后榜样示范等活动完习,取长补短,培养评议出本组的最佳解决方法之后每组组长向全班同成学生个体对算法学生的团队意识与learning学讲解本组的方法,教师和其余学生对各组长的汇报模型的自我构建协作能力与科学探进行评价,评出本班最优的解决方法,供全班学习与索精神借鉴5后评价教师给出案例的标准解答,如图所示:教师采用讲授法与要求学生学会遵守Post-asses演示法,引导学生规则,养成严谨的科243值■厦机川sment■W掌握在不同业务场学作风,延伸到现实•f♦内♦・•”・景下运用信号量机生活中引导学生树•GKt/i LYKhRM•«AM«fBIUUDUri S•♦,—・,.….,\心G--%.S制解决进程同步问立正确的人生观、价题的编程算法值观和世界观并予以讲解,同时强调p、V原语的规则,信号量在进程互斥与同步问题中的使用规范和注意事项,避免由于细小错误而导致系统死锁的严重问题教导学生规则上的任何错误都可能导致系统严重的后果,6小结对课程内容总结激发学生为研发“自对进程互斥与同步的内容进行总结,强调进程Summary主可控、安全可信”互斥与同步的联系与区别,使学生能够灵活运用信学生编写实现进程的国产操作系统的家号量机制解决现实中进程互斥与同步的问题互斥与同步的程国情怀,教导学生要序,并在国产操作有弯道超越的创新精在此基础上,分析目前国产操作系统的发展现系统上调试分析运状在市面上的占有率不足3%,如图所示;神,积极参与到信醺行结果业生态圈中•lllll国产操作系统在进程互斥与同步部分存在的问题依附于开源社区,系统不稳定,用户体验差
六、教学考核评价《操作系统》采用多元化评价,过程性评价与结果性评价并重,促进学生全面发展考核方式包括考勤测验、课后作业、实验项目以及最终的期末考试4部分,具体如图所示:评价方法过程性评价(50%)考勒测验(10%)线上客观题测试(5%)线下考勤(5%)课后作业(10%)线下教师评价(10%)实验项目(30%)线上虚拟仿真实验结果性评价
(50)线下闭卷考试此外我们会通过课程考核、问卷调查与学生座谈交流会来综合评价课程思政的教学效果
七、案例反思为了检验进程互斥与同步思政教学的教学效果,本课程设计了在线调查问卷,调查对象为本校19级数据科学与大数据技术专业102位学生,回收问卷102份,问卷中每个选项的百分比计算如下图公式所示:选择该项总次数选项百分比=X100%有效问卷总分数调查问卷的内容及统计结果如表所示:序号项目A BC DE1在进程互斥与同步中引入思政元素很有用52%42%6%0%0%2进程互斥与同步教学中专业知识与思政元素结合紧密44%53%3%0%0%3进程互斥与同步中引入思政元素有助提高我的学习兴趣56%36%5%3%0%4进程互斥与同步中思政元素培养我精益求精的工匠精神45%36%10%5%4%%5进程互后与同步中思政元素提升我的团队协作能力和团队荣誉感33%41%13%10%3%6进程互斥与同步中思政元素激发我唯实求新的科学精神40%48%12%0%0%7进程互斥与同步中思政元素激发我国家需求为己任的家国情怀60%40%0%0%0%827%41%28%4%0%进程互斥与同步中思政元素有助我树立正确的人生现、价值观和世界观9进程互斥与同步中思政元素激发我投身信创比赛或产业51%27%9%4%9%(A非常符合,B比较符合,C难以判断,D不太符合,E非常不符合)问卷调查结果表明操作系统中进程互斥与同步的教学设计在思政教育方面取得了较好的教学效果《操作系统》课程在课程思政建设方面主要体现以下特色
一、课程思政全面覆盖知识体系,在教学过程让学生受到系统持续深入的熏陶;构建“课前准备、课中教学过程、课后环节”全过程教学反思与改进机制,达到持续改进目的。