人工智能时代的《操作系统》课程思政探索
发布时间：2014年06月12日 09:46 点击： 843 发布：金陵科技学院
人工智能时代的《操作系统》课程思政探索
丁凯孟a，徐 楠b
（金陵科技学院 a. 网络与通信工程学院；b. 智能科学与控制工程学院，江苏 南京 211169）
[摘 要]作为计算机相关专业的基础课，《操作系统》旨在使学生深入理解操作系统的体系结构与原理。在人工智能飞速发展的大背景下，探讨人工智能时代的《操作系统》课程思政的目标、方法以及对专业课教师的育德能力要求，以人工智能为切入点挖掘教学内容中的思政元素，并分析人工智能在操作系统课程思政的实施过程中可能存在的问题，以期实现思政元素与操作系统教学过程的有机融合，培养新时代具有国际视野的优秀人才。
[关键词]人工智能；操作系统；课程思政
[基金项目] 2018年度国家自然科学基金“基于深度学习的高分遥感影像感知哈希认证算法研究”(41801303)；2020年度金陵科技学院“课程思政”优秀教学团队项目“物联网工程专业“课程思政”教学团队”(2020SZTD004)；2020年度金陵科技学院“科教融合”项目“基于深度学习的遥感图像完整性认证技术研究”（2020KJRH31）
[作者简介]丁凯孟（1985-），男，山西长治人，博士，副教授，研究方向为人工智能、数据安全；徐楠（1973-），女，河南信阳人，博士，副教授（通信作者），研究方向为物联网信息安全。
1 引言
目前，以“立德树人”为目标的“课程思政”在我国受到了广泛的关注，对我国新一代人才的培养具有重要意义。在2016年全国高校思想政治工作会议上，习总书记强调：“要运用新媒体新技术使工作活起来，推动思想政治工作传统优势同信息技术高度融合，增强时代感和吸引力”[1]。这就要求高校教师在“课程思政”的过程中大胆采用新技术进行人才培养模式的改革与创新，培养新时代具有国际视野的优秀人才。
当前，人工智能已经成为重要的科技力量，不仅推动着世界产业变革与科技革命，也为“课程思政”提供了新的技术。将人工智能与课程思政进行有机融合已是大势所趋[2]。在“课程思政”的过程中，通过人工智能等新技术将思政元素融入专业课程的教学中，可以有效提升学生的思想素养与专业技能，进而提高人才的培养质量。
操作系统是计算机类专业的重要课程，旨在传授操作系统的设计原理与体系结构，包括CPU调度、存储器的管理、设备的管理以及文件系统等，对学生构筑完整的计算机理论知识非常重要，所以，在操作系统的授课过程中挖掘蕴含的思想政治资源、把社会主义核心价值观融入教学全过程将有助于培养学生的责任意识。人工智能作为复杂性科学的重要分支[3]，为高校的思政工作带来了新方法，也为操作系统的课程思政提供了很好的机遇。但是，操作系统本身有一定难度，学生也往往缺乏兴趣，所以，如果将思政教育生搬硬套地揉进操作系统的课程，就有可能达不到“课程思政”的初衷。
本文旨在探索操作系统的“课程思政”过程中如果通过人工智能将思政元素融入授课过程，以提高学生的思想政治素养与专业技术水平，进而提高人才培养的质量。
2 人工智能时代的操作系统的课程思政内容
2.1 操作系统课程思政的目标
对于高校来说，课程思政就是要将教学、研究与马克思主义融为一体，在课程中发掘各类思想政治教育素材，对学生进行思想政治教育，将“立德树人”作为目标的教育理念。所以，课程思政既有马克思主义作为科学指引，也有高校课程教学内容的要求[4]。对于“操作系统”这样的专业课，课程思政的目标是在挖掘专业知识中蕴含的思政元素的基础上，通过修订课程目标、优化考核方式、改进教学方法、引入思政教学案例等措施，实现专业技术教学与思政教育的有机融合，潜移默化中深化学生的家国情怀与社会责任，为新时代培养具有中国特色社会主义思想的专业人才。
2.2 基于人工智能的“操作系统”课程思政方法的探索
1、通过人工智能技术挖掘“操作系统”的思政教学元素
操作系统是一门偏理论的课程，其教学内容较为晦涩、枯燥，挖掘操作系统的思政元素是一项较为困难的工作。人工智能的突出特点在于具有强大的数据搜索、数据分析的能力，能够自动梳理操作系统的知识点与相关课程的教学内容、思政元素等的关联，挖掘专业知识蕴含的德育内容，自动搜寻相关的思政案例，并对挖掘的思政元素进行整理与归纳。比如，通过网络爬虫技术在网络中抓取相关从思政相关材料后，通过智能文本分析技术提取思政材料中的核心词汇，再通过聚类算法将思政材料进行聚类分析，最终得到与操作系统相关的思政材料。
2、通过人工智能技术进行个性化的思政内容推荐
传统教学过程中，高校往往以班级作为授课的单元。这样虽然具有较高的教学效率，但面对众多学生，专业课教师较难做到因材施教。人能智能强大的分析推荐技术能够根据学生的个性差异、专业基础以及学习需求进行思政内容的推荐，为学生提供有针对性的教学内容，做到智能化的“因材思政”。比如，可以采用生成式对抗网络（GAN）来生成学生的卡通形象，并将生成的卡通形象用于思政元素的讲解，使学生“真切”地参与思政过程。
3、通过人工智能技术对“操作系统课程思政”进行评价
传统的操作系统教学方法中，专业课教师大多根据教学经验与主观的分析对教学质量进行评估，这样一方面严重依赖于教师的教学经验，另一方面也缺乏相对普适性的评估模型，难以进行量化评价，容易引起质疑。通过人工智能技术可以对教学过程数据、学生成绩、学生的表现等进行智能分析，较为实时地对思政工作进行评估与反馈。比如，人工智能技术可以较容易地实现人脸表情的自动识别与分类，操作系统的课程思政可以利用这一技术特点来对思政工作进行实时的评价：首先，构建专门的训练样本数据集（以学生面部表情为主）；然后，对现有的人脸表情分类模型（可以基于VGG19或Resnet18模型）进行有针对性的修改，并基于训练数据对修改后的人脸表情分类模型进行训练；训练之后的模型能够实现学生表情的自动识别与分类，将其用于操作系统课程思政的课题，可以通过对学生表情识别与分类，最终实现课程思政的实时评价。
4、通过人工智能技术对“操作系统课程思政”的过程进行管理
深入地进行课程思政，必将产生、涉及种类繁多的数据，既包括课程思政的相关案例、操作系统的理论教学材料，也包括思政过程的各种数据，比如学生的课堂反应情况、课程思政的评估信息等。运用人工智能技术能够对课程思政的相关数据进行有效的挖掘，提高操作系统课程思政的效率，并预测可能出现的难点问题。此外，操作系统课程思政的过程中，部分过程数据可能缺失，而人工智能技术可以根据已有数据对确实的部分数据进行拟合，能够在一定程度上弥补数据缺失带来的问题。
5、人工智能技术对交互模式带来变化
人工智能时代的操作系统课程思政在交互模式上也将发生很大变化：首先，人工智能的发展使得语音识别技术、自然语言处理技术、手势识别技术等日趋成熟，使得专业课教师能够在思政过程中更好地与学生进行交互，提高思政教育的效率。另一方面，人工智能与增强现实技术、虚拟现实技术进行结合，能够为课程思政营造特定的学习场景，比如，营造一个对实时性要求较高的环境，使学生“见识”操作系统实时性的含义。这样不仅能够提高思政效率，还能使学生真切地感受到“科学技术就是生产力”，激发学生探索新技术的热情。
2.3 对专业课教师的要求
习近平总书记指出，老师责任心有多大，人生舞台就有多大[5]。虽然人工智能可以为思政教育提供好的技术、能够分担操作系统专业课教师的部分教学工作，但教师才是在专业课的课堂上实施课程思政的主体。在“操作系统”等专业课的授课过程中，专业课教师必须对课程思政的重要性有清晰认识，并坚持“授业”和“育人”的统一，这就要求专业课教师具有较高的育德能力[6]。首先，高校教师必须具备较强的育德意识。与思政理论课的教师不同，普通高校教师在教授专业知识的过程中，对课程思政的内容、方法都有着较大选择空间。这样以来，专业课教师的积极性会对“课程思政”的效果产生较大影响。所以，专业课教师要加强自身的思想政治素养，严格要求自己的言行，践行社会主义核心价值观的信仰，正确引导学生的价值观与信念疑惑。另一方面，专业课教师应该积极挖掘专业课程中的思政元素，通过人工智能技术提高教学创造力，将思政元素灵活地融入专业课的授课过程。
3 以人工智能为切入点，将思政元素融入操作系统的教学过程
3.1 通过“操作系统的发展”的学习，激发学生的爱国热情与自信心
过去的几十年，我国没有研究出类似Windows系列的PC操作系统，也没有研究出iOS、安卓这样的手机操作系统。面对这一窘境，我们可以解释为我国过去的基础研发实力比较薄弱、缺乏高端技术人才，但是，在现如今的人工智能时代，华人在人工智能领域的研究中已经处于领先地位，比如，在人工智能的顶级研究成果中，中国学者与海外华人占据了半壁江山。这种形势下，专业课教师结合现如今中国学者在人工智能领域取得的辉煌成就，激发学生的爱国热情，使学生梳理“我们能够在各个研究领域都取得成功”的自信心。在授课过程中，专业课教师教导学生树立“技术强国”的观念，努力提升自己的专业技术水平，坚定爱国热情与自信心。
3.2 讲授“处理机调度”的过程中，使学生树立“和谐社会”的观念
“处理机调度”是操作系统的核心功能之一，主要讲授操作系统按照一定算法为进程分配处理机的过程。处理机调度的算法固然重要，但处理机调度的本质原因还是资源有限的问题：处理机以及处理机的处理能力是有限的。调度算法本质上是种规则：计算机的进程按照某种约定的规则来使用处理机，就不至于出现混乱；反之，如果进程之间无序地争夺处理机资源，则整个计算机系统将陷入崩溃。事实上，现实社会中很多资源都是有限的。面对有限的社会资源，道德、社会规则的约束力量有助于减少社会冲突，节约社会运行的成本。在人工智能时代，人脸识别、智能调度、推荐算法等技术的发展不仅推动着社会的进步，也在促进和谐社会的构建。
3.3 讲授“输入输出系统”的过程中，使学生认识“科学技术是第一生产力”
输入输入系统就是计算机系统中的主机与外部进行通信的系统，包含的设备较为繁多，相关技术发展迅速。人工智能的基本理论，早在数十年前就有相关研究，但直到近些年，显卡技术的飞速发展才使人工智能技术真正发展起来。在人工智能的研究与发展中，大规模的并行计算已经成为主流，以GPU为代表的并行计算设备在此背景下获得了长足发展。比如，英伟达的GTX10系列显卡相对于GTX9系列就有了巨大的进步，尤其是显存越来越大，可以支撑的深度神经网络模型也越来越大；而RTX30系列显卡相对RTX20系列则在核心处理器上有了很大的提升，可以加快深度学习模型的训练速度。操作系统则为并行计算设备与处理器提供中间层交互。所以，专业课教师在讲授“输入输出系统”的时候，可以以显卡的技术进步推动人工智能的发展为例，加深学生对“科学技术是第一生产力”的认识。
4 人工智能在“操作系统课程思政”实施过程中可能存在的问题
4.1 教学思路与现有方法存在一定差异
人工智能已经被应用于众多领域，具有极高的应用性。在人工智能蓬勃发展的背景下，将人工智能技术应用于操作系统的课程思政，不仅能够挖掘“操作系统”中的思政教学元素、对思政内容推荐进行个性化推荐，还能对思政工作的效果进行评价。但是，以人工智能作为技术背景的操作系统课程思政，不仅在模式上与现有的、成熟的教学思路有一定区别，还在教学方法方面与现有主流的课程思政存在一定的差异。比如，作为很有代表性的操作系统，Linux常常被用作人工智能技术开发与部署的支撑平台，如TensorFlow、Keras、PyTorch等最初都以Linux为运行平台，要想深入掌握这些人工智能库，就需要深入理解相应的操作系统及其原理。但现在主流的“操作系统”教学思路中，往往忽视了操作系统对人工智能的支撑，较少将操作系统与人工智能技术进行连接。
4.2 人工智能技术存在一定的门槛
这里的门槛包括两个方面：一方面是操作系统的专业课教师使用人工智能的技术门槛；另一方面将人工智能技术应用于课程思政的门槛。绝大多数的人工智能算法都依赖其背后的人类知识专家，包括特征工程、问题建模、模型调参等，这些工作往往具有较高的复杂性，使得操作系统的专业课教师需要花费一定的时间才能掌握相应的人工智能技术，这就提高了人工智能技术的应用门槛。将人工智能技术应用于课程思政的门槛主要是训练数据的获取：人工智能算法需要大量的训练数据，才能进行模型的训练，没有足够数据进行训练的模型不具有实用价值。但课程思政过程中，往往缺乏海量的、符合模型要求的“标注数据”。没有数据，也就没有“智能”可言。所以，将人工智能技术应用于操作系统的课程思政，不可能一蹴而就，需要一定的时间积累相应的数据。
4.3 师生可能过度沉迷人工智能技术本身
人工智能技术虽然能够促进操作系统课程思政的效率，但如果过度依赖人工智能的相关技术，那么依赖的技术就有可能反噬操作系统的课程思政：一方面，人工智能技术虽能够提高课程思政的效率，但也可能使专业课教师过于依赖人工智能技术进行思政元素的挖掘或者思政过程的管理，一定程度上滋生教师的惰性，甚至一旦脱离人工智能技术就有可能无所适从；另一方面，课程思政需要学生的深度参与，这样才能使学生的思维与视野得以扩展，但人工智能也容易使学生沉迷于人工智能技术华丽的表象，但对操作系统课程思政中的理论问题缺乏兴趣，甚至误以为掌握先进的技术就是课程思政的主要内容。此外，人工智能技术本身的可靠性与有效性是需要时间进行检验的。针对这一问题，应当加强对专业课教师的培训与引导，并对操作系统的课程思政过程进行有效监督。
5 小结
《操作系统》是计算机类专业的基础课程，对学生理解计算机体系具有重要作用。在人工智能飞速发展的今天，在操作系统的教学中引入思政理论，并通过人工智能技术将思政元素融入操作系统的教学过程，不仅能够结合新技术使学生深入理解专业知识，而且能够促进学生树立崇高的人生理想、激发学生的爱国热情，实现立德树人和专业知识传授的有机结合。
[参考文献]
[1] 习近平. 把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[N]. 人民日报, 2016-12-09(1)．
[2] 孙晋超. 人工智能时代高校思政的实践困境与伦理思考[J].理论观察,2018,(11):41-43.
[3] 周良发. 智能思政: 人工智能时代的思想政治教育变革[J]. 重庆邮电大学学报(社会科学版)， 2019(5): 69-75．
[4] 胡洪彬. 课程思政:从理论基础到制度构建[J]. 重庆高教研究, 2019, 7(01):112-120.
[5] 习近平. 做党和人民满意的好老师[N]. 人民日报, 2014-12-10(02).
[6] 潘瑞姣, 李雪, 桑瑞聪. 课程思政背景下高校教师育德意识与育德能力培养浅析[J]. 大学教育，2019(11): 204-206.
Exploration of "Operating System Course Ideology" in the Era of Artificial Intelligence
DING Kai-meng a, Nan Xu b
(a. School of Networks and Tele-Communications Engineering, Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, China；
b. School of Intelligent Science and Control Engineering, Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, China)
Abstracts："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 systems. Under the background of the rapid development of artificial intelligence, this paper analyzes the ideological and political goals and methods of the operating system course in the artificial intelligence era and the moral education requirements of professional teachers, and use artificial intelligence as the starting point to explore the ideological and political elements in the teaching content, which would realize the organic integration of ideological and political elements and the operating system teaching process and cultivate excellent computer professional and technical personnel for the new era.
Key words：Operation system；Curriculum ideology；Artificial intelligence
0311-80820729
河北省石家庄市联盟路705号
