哈尔滨工业大学（深圳）探索HarmonyOS操作系统教学新路径

项目批次：2021年第二批

项目编号：202102278041

项目类型：新工科建设项目

项目实施背景

中国的信息产业多年前曾被形容为“缺芯少魂”，芯即芯片，而“魂”指的就是操作系统。操作系统作为信息技术和网络安全的核心，不仅是信息技术发展的基石，更是国家安全的重要支撑。目前，操作系统创新型人才的培养仍存在着巨大挑战。

1.新兴操作系统技术与教学之间存在鸿沟

新兴操作系统如华为鸿蒙、欧拉等在国内快速发展，但传统课程难以跟上技术更新的步伐，导致教学内容与实际需求脱节，学生对于自主创新的意识不够强烈。

2.高校人才培养与企业需求对接不紧密

当前的人才培养模式往往注重学术研究和理论知识的传授，而忽视了与企业需求的对接。这导致高校培养的人才在技能、知识和素质上与企业实际需求存在一定的偏差。

因此，开展《面向领域的计算机系统设计与开发实践》课程显得尤为必要和迫切。该课程依托教育部产学合作协同育人项目“面向HarmonyOS的操作系统实践教学探索”，基于鸿蒙操作系统、海思芯片等系统软硬件平台，设计并实现特定领域的系统及应用。课程的实施具有以下重要意义：

（1）提升学生实践能力：通过课程学习，学生可以深入理解新兴操作系统的核心技术，并能在系统角度使用和设计大型计算机系统，培养学生的工程素质和软件开发能力。

（2）培养拔尖人才：课程探索了基于赛教融合的拔尖人才培养方式。通过鼓励学生参与各类竞赛活动，设计并实现综合性的新兴技术计算机系统，以赛促学、以赛促教，培养学生自主创新意识。

（3）促进产学研合作：课程的建设促进了学校与企业、研究机构的合作与交流，通过与企业合作开展实践教学和项目开发等活动，提升学生的实践能力和就业竞争力。同时，借助企业的资源和平台，推动科研成果的转化和应用，促进国内生态的建设和发展。

改革思路及举措

以计算机系统能力和开源为核心，综合应用《计算机体系结构》、《操作系统》、《数据库系统》等基础计算机课程的知识与方法，借助鸿蒙操作系统、海思芯片等软硬件技术，结合竞赛课题，构建一个实践项目驱动的教学平台。通过“四融四促”新教学模式，即融合新兴技术、时事背景、学术和产业前沿、学科竞赛与理论教学，全面提升学生的系统设计、开发能力和创新思维，培养高素质拔尖创新人才。

1.课程整合与优化

在大三秋季的《操作系统》基础课程中融入开源与新兴技术的教学内容，确保学生掌握最新的技术动态和核心优势。

在大四春季的《面向领域的计算机系统设计与开发实践》课程中，利用鸿蒙操作系统、海思芯片等系统软硬件平台，指导学生设计并实现特定领域的算法及系统应用，提高系统设计开发能力。

2.实践项目驱动

结合华为HarmonyOS操作系统、华为云等前沿技术，以及哈尔滨工业大学（深圳）在计算机系统方向的教学优势，在《面向领域的计算机系统设计与开发实践》操作系统方向课程上，采用HarmonyOS开发套件，设计出面向HarmonyOS的特色实验课程，如基于OpenHarmony的智能车循迹避障实验和基于HarmonyOS的IoT实验等。

教学方法上，引入项目式教学方法，采用选题、设计、实现和答辩的工程项目管理手段完成教学过程。强化团队协作开发模式，组建项目组，针对特定研究领域，从软件及硬件两个方面培养学生的团队合作与沟通交流能力。

3.学科竞赛拔高培养

围绕“全国大学生计算机系统能力大赛操作系统设计赛”和“全国大学生物联网设计竞赛”等高水平学科竞赛，鼓励学生将新兴技术竞赛题目融入实践项目，构建一套拔尖创新人才竞赛培养体系。主要从四方面开展建设：（1）选拔体系：选拔具有潜力和兴趣的学生组建参赛团队，并配备专业指导教师团队。（2）服务保障：建立健全学科竞赛激励机制，提供充足的竞赛资源，如场地、设备和资金，减少学生事务性工作。（3）反馈优化：通过竞赛总结，优化课程内容，并与企业合作，确保实践与行业需求对接。（4）开源参与：鼓励学生参与OpenHarmony、Linux社区、openEuler等开源社区和开源竞赛项目，提升技术影响力。

4.企业导师参与实践指导

与华为等行业内领先企业建立紧密联系，共同推进教学内容与实践应用的紧密结合，设计与企业实际需求相符的实验项目，增强学生实际操作能力和对工程实践的理解。

项目成果、创新点及成效

1.项目成果

教学资源建设：通过赛教融合、校企共建的方式，将华为的鸿蒙、华为云、海思芯片等前沿知识体系融入课程理论教学和实践教学，形成了一系列相关教学资源。

课程荣誉：《操作系统》课程入选广东省一流本科课程、获教育部产学合作协同育人项目华为优秀成果奖，教改论文获得全国计算机教育大会最佳论文等荣誉。

学生竞赛：学生积极参与“全国大学生物联网设计竞赛”和“全国大学生计算机系统能力大赛操作系统设计赛”，获国家级奖项25项，含一等奖11项，并两次获得“华为揭榜挂帅项目奖”。

2.创新点

产教深度融合模式：将华为OpenHarmony的前沿技术引入课堂教学，实现了产教深度融合，有效提升了课程的前沿性和实用性，同时结合企业导师讲座、华为HDC大会、学生开源社团、揭榜企业难题等方式，提高了学生参加创新实践活动的积极性，丰富了立体化课程内容。

赛教融合教学方法：通过学生学科竞赛与企业项目实践的紧密结合，激发了学生的学习兴趣和创新能力，提高了学生的实践能力和综合素质。构建了包括企业需求驱动、文档规范严谨、定期汇报交流、企业导师实训、学生开源社团等诸多元素的竞赛人才培养体系。

3.课程成效

（1）提升人才培养质量

通过产教深度融合和赛教融合的教学方法，培养了一批具有创新精神和实践能力的高素质人才。

1）已有超过60名学生参与各类学科竞赛，在国家级竞赛中荣获奖项25项，其中一等奖11项，两次获“华为揭榜挂帅项目奖”。多位学生入选鲲鹏开发者校园大使，获得华为鲲鹏、华为云开发者认证。

2）学生参与华为HDC活动，激发开发兴趣。

3）借助开源技术，构建学生社团多元发展平台的新生态。

4）参加“2024开放原子校源行”活动，获优秀组织高校。

（2）扩大社会影响力

1）课程育人成果得到壹深圳、今日头条、晶报等媒体的广泛报道与认可。

2）课程负责人13次受邀在全国教研论坛分享课程改革和竞赛等经验。

（3）深化产学合作

项目不仅促进了学校与华为等企业的深度合作，还为学生提供了更多的实践机会和就业渠道。为华为、阿里、腾讯、美团、小米等企业输送了一批优秀的毕业生。

（4）教师个人发展

项目负责人获“2022鸿蒙生态人才建设春雨奖”、多项国家级竞赛“优秀指导教师”等荣誉。

应用及推广情况

1.具体推广及应用情况

本课程已经在校内实施了两年，通过课程的学习，学生系统地掌握了计算机系统设计与开发的基础知识和实践技能。在课程实践环节，学生利用鸿蒙操作系统、海思芯片、华为云等软硬件系统，完成了多个项目，如：OpenHarmony第三方库quirc移植、基于华为云Astro的智慧场景数据可视化、基于FunctionGraph的智能健康管理系统等。

组织学生参加竞赛和展示活动，如全国大学生计算机系统能力操作系统竞赛、全国大学生物联网设计竞赛等。通过参与这些活动，学生不仅能够展示自己的技术成果和创新能力，还能与其他高校和企业进行交流和合作，从而拓宽自己的视野和思路。

2.评价

学生普遍认为本课程的教学内容丰富、实用性强，能够真正提升自己的计算机系统设计与开发能力。同时，课程中的实践环节和项目案例也让学生收获颇多，对我国自主创新技术有了更加深入地了解和认识。

课程育人成果得到壹深圳、今日头条等媒体的广泛报道。课程负责人多次受邀在全国教研论坛分享课程改革经验，分享基于课程校企合作建设经验，进一步扩大了课程的影响力。

3.启示

注重实践教学：实践教学是培养学生实际操作能力和创新精神的关键。未来教学中，应加强实践教学环节，通过更多的实践项目、案例分析等方式，让学生深入了解技术的实际应用和市场需求。

加强校企合作：校企合作是实现产学研深度融合的有效途径。通过与企业的紧密合作，精准把握市场需求和技术发展趋势，为学生提供实际学习内容和就业机会。同时，企业专家的参与和指导也可为教学提供更加丰富的实践经验和案例支持。

推广自主创新技术：自主创新技术是未来发展的重要趋势。教学中应注重自主创新技术的推广，培养学生的自主创新意识。

经验总结

1.关键要素

产教融合：与华为等企业的紧密合作，将自主创新技术融于教学环节，为学生提供了实际的技术指导和实践机会。

课程理论与实践的结合：将理论知识与实际操作紧密结合，通过项目与竞赛驱动教学，让学生在解决实际问题中学习和成长，与企业导师深度交流技术，并获得成就感。

竞赛与教学的融合：鼓励学生参与高水平学科竞赛，将竞赛题目融入课程项目，提升了学生的学习动力和创新能力。

2.经验启示

持续更新教学内容：随着技术的快速发展，持续更新课程内容以保持其前沿性和相关性是必要的。

强化实践教学：实践教学是提高学生技能和创新能力的关键，应继续加强。

促进校企合作：与企业的合作不仅为学生提供了实践机会，也为教学提供了丰富的资源和案例。

3.下一步举措

加强技术跟踪：建立更有效的机制来跟踪最新技术发展，以便更快地更新课程内容。

提高学生参与度：设计更具吸引力的教学活动，确保所有学生都能积极参与课程的各个方面。