“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐

張　羽　谷建華　周興社

摘要:傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)需求。本文在該課程以往教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行了總結(jié),并提出了建立長(zhǎng)效“實(shí)踐教學(xué)鏈”的新的教學(xué)模式,以培養(yǎng)本科生學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”課程的興趣,從而提高他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞:課堂教學(xué);實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,傳統(tǒng)的課程教學(xué)著重講授操作系統(tǒng)的基本概念和原理,課程內(nèi)容主要包括進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、輸入輸出系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、用戶接口五大部分。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的傳統(tǒng)必修課,“操作系統(tǒng)”課程的重要性是勿容置疑的,但該課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式中存在以下幾個(gè)顯著的問(wèn)題:

(1) 內(nèi)容枯燥難懂,充斥著大量的原理和概念。由于很多教材的內(nèi)容以及課堂的講解都很少與實(shí)際操作系統(tǒng)相聯(lián)系,學(xué)生往往覺(jué)得課程中的概念、原理抽象而且苦澀難懂,由此對(duì)課程學(xué)習(xí)缺乏興趣,最后以死記硬背對(duì)付考試。

(2) 課程的內(nèi)容陳舊,遠(yuǎn)落后于該領(lǐng)域最新的研究成果。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全、分布計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)等內(nèi)容幾乎沒(méi)有涉及。

(3) 課程實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論學(xué)習(xí)嚴(yán)重脫節(jié)。由于課程內(nèi)學(xué)時(shí)的限制,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)往往是對(duì)主流操作系統(tǒng)(如Linux)的初步接觸與使用,而對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核本身沒(méi)有任何觸及,這樣學(xué)生在課堂中所學(xué)的操作系統(tǒng)原理以及概念流于形式,對(duì)以后從事這方面研究或系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作的幫助十分有限。

本文針對(duì)操作系統(tǒng)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題,并在總結(jié)和完善該課程以往教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了構(gòu)筑全新的“教—學(xué)”體系,建立長(zhǎng)效“實(shí)踐教學(xué)鏈”教學(xué)模式和實(shí)踐、嘗試創(chuàng)新型的“六步教學(xué)法”。我們“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程組將其運(yùn)用在該課程的教學(xué)教育改革過(guò)程之中,取得了明顯的實(shí)際效果。教學(xué)質(zhì)量顯著提高的同時(shí)受到了學(xué)生們的好評(píng)和院校兩級(jí)督導(dǎo)組的肯定。我們建設(shè)的“操作系統(tǒng)”課程已于2006年評(píng)為西北工業(yè)大學(xué)

校級(jí)精品課程;2007年獲得校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目的資助;2008又獲得教育部——微軟精品課程資助。下面是對(duì)該課程課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐的總結(jié)供同行及相關(guān)人士探討。

2重視課堂教學(xué)仍是現(xiàn)階段課程教學(xué)的基礎(chǔ)

2.1課堂教學(xué),需要“適應(yīng)國(guó)情”

盡管隨著我國(guó)教育和科技的發(fā)展,許多國(guó)內(nèi)一流高校的計(jì)算機(jī)課程體系在不斷的改革,但對(duì)于地處西部的本科學(xué)生而言,不論從其自身的家庭環(huán)境,還是就讀高中的計(jì)算機(jī)教育情況都有所不同,因此計(jì)算機(jī)文化從一入學(xué)就參差不齊;加之大學(xué)三年的學(xué)習(xí)后,同學(xué)之間在對(duì)計(jì)算機(jī)本身的理解和實(shí)踐水平上相差甚巨。這種情況決不是個(gè)例,幾乎每年授課時(shí)都會(huì)遇到,所以主講教師在授課速度、課程內(nèi)容以及授課方法的選擇上,需要在教材的基礎(chǔ)上制定可被大多數(shù)學(xué)生接受的教學(xué)大綱和計(jì)劃,以便使學(xué)生在最大程度掌握知識(shí)的同時(shí)提高學(xué)習(xí)興趣。在目前的國(guó)情下我們還無(wú)法做到一對(duì)一(或一對(duì)少量)的教學(xué),因此在實(shí)施教學(xué)的過(guò)程中把握這樣一個(gè)原則,即主要抓中間,兼顧兩端,是我們這幾年在課堂教學(xué)方面的一個(gè)基本經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際的學(xué)生反饋,這種照顧大多數(shù)學(xué)生“適應(yīng)國(guó)情”的方法具有一定的推廣意義。

2.2課堂教學(xué),需要“提高教師水平”

在所有課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中,要達(dá)到高質(zhì)量的課堂教學(xué)效果,教師的引領(lǐng)、啟發(fā)和向?qū)ё饔帽夭豢缮?。因?教師需要做到對(duì)授課課程的熟練把握和對(duì)教學(xué)內(nèi)容的融會(huì)貫通。具體而言,主講教師在全面熟悉教材的基礎(chǔ)上要做到以下幾點(diǎn)。(1)要全面了解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的最新動(dòng)向,對(duì)新老知識(shí)進(jìn)行仔細(xì)的研究、取舍和銜接;(2)要全面、透徹的理解教學(xué)大綱要求,同時(shí)明確和了解教學(xué)對(duì)象的實(shí)際情況,在兩者之間找到平衡點(diǎn),通過(guò)授課和練習(xí),使學(xué)生的課程知識(shí)在大綱要求的基礎(chǔ)上更加豐富;(3)要加強(qiáng)教師的科研鍛煉,使其在實(shí)踐中深入理解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)知識(shí)的內(nèi)涵,通過(guò)參加科學(xué)研究、工程實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)教學(xué),獲得書(shū)本、論文以外的一手信息,以便有效改善和提高自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)及教學(xué)水平。

2.3課堂教學(xué),需要“抓住重點(diǎn)”

課堂教學(xué)的關(guān)鍵一點(diǎn),就是要充分“吃透”教材和教學(xué)大綱所要傳授的教學(xué)內(nèi)容。那么如何“吃透”呢?就是要盡可能多的搜集、整理和篩選國(guó)內(nèi)外該門課程一流的教學(xué)及研究資料。我們知道現(xiàn)在某一門課程的一種教材往往做不到面面俱到,把所有知識(shí)點(diǎn)都能講解的十分清楚,因此通過(guò)對(duì)大量不同教材的仔細(xì)分析和比較,最終選擇和整理出闡述最清晰和最易于學(xué)生理解的那部分內(nèi)容講授給學(xué)生,是我們多年在課堂教學(xué)方面的又一個(gè)基本經(jīng)驗(yàn)。

只有在大量分析和比較文獻(xiàn)和教材資料的基礎(chǔ)上,才能真正做到合理取舍,授課老師要清醒地認(rèn)識(shí)到,把握好寶貴、有限的授課時(shí)間,抓住重點(diǎn),講清難點(diǎn)是課堂教學(xué)成敗的關(guān)鍵所在。

3實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新才是本科生課程教學(xué)的真正目標(biāo)

3.1樹(shù)立全新的“教—學(xué)”體系,明確實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)

這幾年我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)“操作系統(tǒng)”課程體系中課程內(nèi)容更新較快、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),每年都對(duì)授課內(nèi)容、電子課件等教學(xué)相關(guān)資料進(jìn)行更新和優(yōu)化,從而保證內(nèi)容的新穎性以及對(duì)新方向、新技術(shù)的把握。教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合了卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“l(fā)earning by doing”等先進(jìn)教學(xué)思想,形成了“理論講解+實(shí)例演示+綜合實(shí)驗(yàn)+專業(yè)競(jìng)賽”的遞增式“教—學(xué)”體系;為充實(shí)和構(gòu)筑該教學(xué)體系,我們加強(qiáng)與國(guó)際一流IT公司在教學(xué)、科研方面上的合作。2005年起通過(guò)與SUN中國(guó)工程研究院的緊密合作,聯(lián)同北京大學(xué)、清華大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的“操作系統(tǒng)”課程主講教師實(shí)施了OpenSolaris項(xiàng)目(旨在推動(dòng)中國(guó)操作系統(tǒng)教學(xué)水平的提升)。在該項(xiàng)目中我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了核心的IPC內(nèi)核部分的分析工作,為此后自主設(shè)計(jì)“西北工業(yè)大學(xué)操作系統(tǒng)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。2006年在Intel公司的資助下,基于Intel多核的“操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)也相繼設(shè)計(jì)完成。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建立為主講教師提供了大量課堂“實(shí)例演示”和課內(nèi)“綜合實(shí)驗(yàn)”案例,為本科生感性認(rèn)識(shí)和理解操作系統(tǒng)基本原理和概念起到了切實(shí)、有效的作用。與此同時(shí),2006年4月我們作為牽頭單位舉辦了首屆全省知名高校操作系統(tǒng)教學(xué)研討會(huì);2006年10月,又聯(lián)合SUN中國(guó)工程研究院和北京大學(xué),舉辦了2006高校操作系統(tǒng)及Unix/C編程教學(xué)研修班,全國(guó)近30多所高校主講“操作系統(tǒng)”課程的老師參加了本次研修。通過(guò)上述多種形式的教學(xué)活動(dòng),使我們與全國(guó)一流計(jì)算機(jī)專業(yè)高校共同分享在“操作系統(tǒng)”課程體系教學(xué)改革方面的優(yōu)秀理念和成果,更使我們“操作系統(tǒng)”課程體系的改革不斷地深化,逐步形成了四結(jié)合的全新“教—學(xué)”體系。

3.2建立“實(shí)踐教學(xué)鏈”,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

前面介紹了“教—學(xué)”體系中“教”層面的課程建設(shè)工作,為了從“學(xué)”層面來(lái)落實(shí)“實(shí)踐教學(xué)”的目標(biāo),培養(yǎng)本科生學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”課程的興趣和提高他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力,我們建立了“實(shí)踐教學(xué)鏈”新的教學(xué)模式。所謂“實(shí)踐教學(xué)鏈”就是貫穿于本科生操作系統(tǒng)教學(xué)的5個(gè)一體化“實(shí)踐”活動(dòng)。它們是“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)+全國(guó)競(jìng)賽+大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練+本科畢業(yè)設(shè)計(jì)”。通過(guò)“實(shí)踐教學(xué)鏈”的設(shè)置,使本來(lái)相互獨(dú)立的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)能系統(tǒng)的串接于整個(gè)課程的教學(xué)過(guò)程之中,進(jìn)而加大了學(xué)生實(shí)踐操作系統(tǒng)知識(shí)的機(jī)會(huì),延長(zhǎng)了深入認(rèn)識(shí)和理解操作系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)制的學(xué)習(xí)時(shí)間。我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出,特別是通過(guò)串接“全國(guó)競(jìng)賽”、“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”和“本科畢業(yè)設(shè)計(jì)”這三個(gè)實(shí)踐活動(dòng)能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解,改變傳統(tǒng)教學(xué)“滿堂灌”模式,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,構(gòu)建了學(xué)生的主體地位。2007年獲得首屆“SUN 2007創(chuàng)新之源編程大賽”二等獎(jiǎng)的郭閻團(tuán)隊(duì)就是這種全新教學(xué)模式的典型實(shí)例。他們?cè)谂c老師充分討論的基礎(chǔ)上,通過(guò)利用Java反射機(jī)制建立了基于插件的Solaris內(nèi)核可視化框架。作為“競(jìng)賽”作品,實(shí)現(xiàn)了Solaris進(jìn)程調(diào)度的可視化插件;作為“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”的項(xiàng)目?jī)?nèi)容,實(shí)現(xiàn)了Solaris進(jìn)程內(nèi)存空間分配和釋放過(guò)程的可視化插件;作為“畢業(yè)設(shè)計(jì)”,又實(shí)現(xiàn)了UFS文件系統(tǒng)的文件檢索過(guò)程及磁盤尋道活動(dòng)的可視化插件。通過(guò)這三個(gè)實(shí)踐活動(dòng)的鍛煉,學(xué)生對(duì)Solaris的內(nèi)核結(jié)構(gòu)和機(jī)制有了深入的認(rèn)識(shí)和理解,激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情,并最終提高了他們的自信和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3.3實(shí)施“六步教學(xué)法”,增強(qiáng)知識(shí)融會(huì)貫通

結(jié)合上面5個(gè)一體化“實(shí)踐”活動(dòng),我們提出和嘗試了具體的本科操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)“六步教學(xué)法”并使其融入到“實(shí)踐教學(xué)鏈”之中。第一步,要點(diǎn)提示。讓學(xué)生在上課前明確所將課程章節(jié)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。第二步,教材預(yù)習(xí)及設(shè)疑。讓學(xué)生預(yù)習(xí)將要授課的內(nèi)容,并把不懂得內(nèi)容紀(jì)錄并嘗試自己查找文獻(xiàn)及相關(guān)資料初步解決。第三步,講授釋疑。課堂內(nèi)授課老師針對(duì)典型案例和第二步過(guò)程遇到的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)析,并設(shè)置課后練習(xí)與單元總結(jié)。第四步,課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。由老師設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手練習(xí)來(lái)理解課堂內(nèi)容與相關(guān)技術(shù)。第五步,課程設(shè)計(jì)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容,讓學(xué)生初步具有獨(dú)立驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容的能力。第六步,畢業(yè)設(shè)計(jì)與競(jìng)賽結(jié)合。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間組織學(xué)生參加專業(yè)競(jìng)賽,通過(guò)競(jìng)賽活動(dòng)讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)融會(huì)貫通并得到實(shí)際應(yīng)用。

通過(guò)建立上述“實(shí)踐教學(xué)鏈”和實(shí)施“六步教學(xué)法”,使學(xué)生在整個(gè)操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)程,能循序漸進(jìn)的進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練,大大提高了他們對(duì)該課程的興趣和理解,培養(yǎng)了實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今世界,計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異。因此,在“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”的教學(xué)中,在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上,必須充分發(fā)揮好教師和學(xué)生的共同力量,在努力抓好課堂教學(xué)質(zhì)量的同時(shí),致力于課程實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新,并充分適應(yīng)我國(guó)教育的基本“國(guó)情”,積極培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,為學(xué)生將來(lái)發(fā)展成為創(chuàng)新型人才,在自己的崗位上為國(guó)家計(jì)算機(jī)事業(yè)的大步發(fā)展做出貢獻(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

[1] 陳向群,向勇,王雷,等. Solaris操作系統(tǒng)原理[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] Abraham Silberschatz,Peter Baer Galvin,Greg Gagne. 操作系統(tǒng)概念[M]. 6版. 鄭扣根,譯. 北京:高等教育出版,2008.

[3] 陳向群,楊芙清. 操作系統(tǒng)教程[M].2版. 北京:北京大學(xué)出版社,2006.

[4] 羅宇,鄒鵬,鄧勝蘭,等. 操作系統(tǒng)[M].2版. 北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[5] 周蘇. 教材建設(shè)的基礎(chǔ)是教學(xué)改革[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2007(6):67-70.

[6] 徐志偉. 操作系統(tǒng)課程需求[R]. 第八屆全國(guó)操作系統(tǒng)課程教學(xué)研討暨學(xué)術(shù)交流會(huì)特約報(bào)告,鄭州,2005.

[7] 周興社. 我國(guó)計(jì)算機(jī)教育的回顧與啟迪[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2005(3):15-18.

[8] 張羽,方智毅,谷建華. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[R]. 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院報(bào)告,西安,2007(2):37-112.

[9] 谷建華,張羽. 西北工業(yè)大學(xué)操作系統(tǒng)精品課程[EB/OL]. http://jpkc.nwpu.edu.cn/.