“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與建設(shè)的研究與實踐

趙正德　吳紹春　陶永振　鐘紫鯪

摘要:本文較系統(tǒng)地總結(jié)了上海大學(xué)計算機學(xué)院“操作系統(tǒng)”課程組結(jié)合上海市重點課程建設(shè)項目進行的教學(xué)改革,尤其對“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實踐動手與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)進行了嘗試,并介紹了課程建設(shè)的研究與實踐取得的成果。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);教學(xué)改革;課程建設(shè);能力培養(yǎng)

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

“操作系統(tǒng)”是計算機學(xué)科的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是計算機系統(tǒng)中的最重要的系統(tǒng)軟件。因而,“操作系統(tǒng)”課程是大學(xué)本科的課程中第一門涉及系統(tǒng)軟件程序設(shè)計的課程,也是第一門引入程序并發(fā)執(zhí)行概念的課程。從2003年起,上海大學(xué)計算機學(xué)院“操作系統(tǒng)”課程組結(jié)合上海市重點課程建設(shè)項目,對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實踐動手與系統(tǒng)軟件分析的能力培養(yǎng)進行了改革,引導(dǎo)學(xué)生除了聽課和讀書之外,還要注重于分析系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)的設(shè)計原理和實現(xiàn)技巧。通過新穎的教學(xué)手段,創(chuàng)造實踐環(huán)境,增強學(xué)生分析能力和動手實踐能力,為今后分析、設(shè)計和開發(fā)系統(tǒng)軟件打下扎實的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)的專業(yè)知識,并對開發(fā)創(chuàng)新性學(xué)習(xí)方式也做了有益的探索和實踐。

1選用高質(zhì)量的優(yōu)秀教材,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情

教材是知識的積累和傳播載體,一本優(yōu)秀的教材不僅能涵蓋到知識的主要方面,更重要的是能引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)造性和發(fā)散性思維,從而增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和熱情,以更好的達到掌握知識的目的。幾年來,操作系統(tǒng)的發(fā)展日漸加快,作為操作系統(tǒng)本身,其內(nèi)核與原理基本上是不變的。因而,課程組將特別重視選用那些具有特色,條理清晰,而又貼近實際運用的主流操作系統(tǒng)進行教學(xué)和實踐。如在教材方面,課程組選擇西安電子科技大學(xué)出版社湯子贏主編的《計算機操作系統(tǒng)》作為課程的主教材,清華大學(xué)出版社張堯?qū)W主編的《計算機操作系統(tǒng)教程》、高教出版社孟靜主編的《操作系統(tǒng)教程―原理和實例分析》以及為雙語教學(xué)準備由Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne著的《OPERATING SYSTEM CONCEPTS (6th Edition)》和Andrew S. Tanenbaum編寫的《Operating Systems Design and Implementation》原版教材作為主要的參考教材。在課程實踐方面,采用Windows, Unix、Linux以及OpenSolaris等當(dāng)前的主流操作系統(tǒng),課程組選取開源Linux系統(tǒng)進行理論剖析,并作為實踐平臺。這些教材普遍能體現(xiàn)在操作系統(tǒng)領(lǐng)域的多年來的教學(xué)經(jīng)驗和研究成果,同時,具有一些經(jīng)典的實驗及算法,不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且還能增進學(xué)生動手實踐的創(chuàng)新熱情。

2立足社會需求,提出改革內(nèi)容,明確教學(xué)目標

操作系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂和核心。它的設(shè)計原理和技巧是計算機前輩們一代接一代不停頓的努力所留下的知識和智慧的結(jié)晶。深入學(xué)習(xí)和掌握操作系統(tǒng)基本原理和概念,對激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力無疑是大有益處的。我們要克服課程內(nèi)容繁多,并且概念、原理和算法比較抽象,課時較緊等困難。如何提高課堂教學(xué)的效率和效果,方便學(xué)生學(xué)習(xí)和參考資料的獲取。同時,結(jié)合我們上海大學(xué)計算機學(xué)院當(dāng)前學(xué)生的情況,以及大部分學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)工作的崗位特點,熟悉Linux操作系統(tǒng)是許多招聘單位的要求,提高學(xué)生熟悉主流操作系統(tǒng)和運用主流操作系統(tǒng)以及分析主流操作系統(tǒng)的能力,培養(yǎng)滿足社會需求的大學(xué)畢業(yè)生,加強實驗環(huán)節(jié)的效果,已是刻不容緩。

在教學(xué)手段方面,探索課堂教學(xué)和網(wǎng)上教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)新方式,以克服課時緊、內(nèi)容多的矛盾,課堂上少講精講,網(wǎng)上提供內(nèi)容豐富形象生動的多媒體CAI課件,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動性。

在實驗環(huán)節(jié)方面,完善學(xué)院機房操作系統(tǒng)實驗環(huán)境,以計算機網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造實踐環(huán)境,引進新技術(shù),完善實驗內(nèi)容。利用Linux公開的源代碼,采用上機實驗和源代碼分析相結(jié)合的實驗方法。編寫和完善適合于新系統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書。

此外,進一步積累和整理操作系統(tǒng)習(xí)題和試題,并在此基礎(chǔ)上,整理和編寫操作系統(tǒng)習(xí)題集,建立操作系統(tǒng)試題庫,逐步實現(xiàn)教考分離。通過課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生:

(1) 了解操作系統(tǒng)與硬件、其他軟件和使用者的關(guān)系。

(2) 理解操作系統(tǒng)的基本功能和操作系統(tǒng)的特性——并發(fā)、共享和不確定性。

(3) 掌握進程的基本概念、動態(tài)特性和主要功能。

(4) 掌握操作系統(tǒng)主要組成部分的工作原理及實現(xiàn)方法.理解操作系統(tǒng)整體的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)工作流程。

(5) 具有初步分析操作系統(tǒng)的能力,為今后分析、設(shè)計和開發(fā)系統(tǒng)軟件打下堅實的基礎(chǔ)。

(6) 熟悉Linux的用戶接口(shell命令,shell編程,常用的系統(tǒng)調(diào)用),初步掌握并發(fā)程序設(shè)計的基本方法和技能。

3設(shè)計課程實驗實踐內(nèi)容,強化動手實踐與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)

“操作系統(tǒng)”課程是計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課程,涉及計算機系統(tǒng)中各種軟、硬件資源的管理,內(nèi)容比較煩瑣,具有很強的實踐性。為此,課程組自編了計算機操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書,認真設(shè)計了理論與實踐緊密結(jié)合的課程實驗實踐內(nèi)容,強化動手實踐與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)。

實驗指導(dǎo)書以Linux操作系統(tǒng)作為實驗環(huán)境,為學(xué)生介紹了Linux的相關(guān)知識和主要特點,引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際,用感性認識深化理性認識,在實踐中更牢固地掌握操作系統(tǒng)的基本方法和基本原理。要求學(xué)生根據(jù)實驗要求設(shè)計算法、編制程序,并通過上機調(diào)試、運行,最后按規(guī)定格式寫出上機實驗報告。實驗主要內(nèi)容如表1所示:

4課程教學(xué)改革與建設(shè)的成果

開展課程教學(xué)改革與建設(shè)和以來,課程的教學(xué)效果明顯,并已取得了如下教學(xué)改革成果:

(1) 提供了較齊全的教學(xué)文件,使任課教師做到“課前準備充分,課內(nèi)重點突出、課后考試規(guī)范”的三明確。提供了齊全完整的教學(xué)文件,修訂并完善了教學(xué)大綱、實驗大綱和考試大綱。

(2) 撰寫了操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書,經(jīng)多屆學(xué)生使用,學(xué)生反映效果良好。

(3) 完成了學(xué)院計算中心機房的Linux上機實驗環(huán)境建設(shè),安裝了Linux服務(wù)器,學(xué)院計算中心的每臺微機上都可以使用Linux系統(tǒng)。學(xué)生通過上機實驗,對理解和掌握課程知識,提高動手實踐能力有很大的幫助。

(4) 利用上海大學(xué)獨有的短學(xué)期,課程組對200X級的同學(xué),在學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”課程之前,利用短學(xué)期的認識實習(xí)時間,先對操作系統(tǒng)發(fā)展、Linux操作系統(tǒng)發(fā)展的背景介紹,然后做了vi,shell命令和shell程序設(shè)計的實驗,效果很好。

(5) 完成了計算機“操作系統(tǒng)”的CAI課件和PPT一套,已用了多屆學(xué)生。采用了板書和PPT相結(jié)合的教學(xué)方法,做到CAI課件和PPT適時播放,提高了授課的效率,一定程度上解決了課程內(nèi)容多和課時緊張的矛盾,教學(xué)效果比較好。

(6) 完成了“操作系統(tǒng)”習(xí)題管理系統(tǒng)的開發(fā),可以利用校園網(wǎng)絡(luò)資源,實現(xiàn)在線編輯習(xí)題,布置習(xí)題作業(yè),學(xué)生網(wǎng)上完成作業(yè),對客觀題的作業(yè)可以自動批閱和評分,并具有簡單的留言板功能?！安僮飨到y(tǒng)”習(xí)題管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(7) 完成了試題庫管理系統(tǒng)的研發(fā),為實現(xiàn)教考分離打好了良好的基礎(chǔ)。試題庫管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖2。

(8) 課程建設(shè)前后考試成績分析比較。課程建設(shè)前后教學(xué)效果比較如表2所示。

從抽樣結(jié)果來看,課程建設(shè)后學(xué)生學(xué)習(xí)成績的優(yōu)良比例和平均成績,比課程建設(shè)前都有較大提高。

5結(jié)束語

“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與建設(shè)主要有以下幾個特點:

(1) 體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、完整性、系統(tǒng)性和先進性。

(2) 課堂教學(xué)采用與多媒體CAI課件及PPT輔助教學(xué)相結(jié)合的先進教學(xué)模式,具有教學(xué)互補性、教師要求高、教學(xué)效果好的特點。

(3) 理論教學(xué)與實踐教學(xué)緊密結(jié)合,使學(xué)生既能更好地理解操作系統(tǒng)的基本原理,又能熟悉主流操作系統(tǒng)的使用,提高了學(xué)生的實踐動手能力。

(4) 利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò)資源,進行在線習(xí)題布置和網(wǎng)上作業(yè),減少學(xué)生抄襲作業(yè)現(xiàn)象,有助于提高課程教學(xué)質(zhì)量。

當(dāng)然,在“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與建設(shè)的過程中,我們還遇到不少困難尚未克服。課程組會繼續(xù)不斷地探索教學(xué)方法與實踐經(jīng)驗,繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,真正把這門課程建設(shè)成為一門高質(zhì)量的精品課程。

參考文獻:

[1] 劉乃琦,蒲曉蓉,劉丹.計算機操作系統(tǒng)精品課程建設(shè)[J]. 計算機教育,2006(7):17-20.

[2] 翟高壽. 操作系統(tǒng)課程建設(shè)中若干問題的探索與研究[J]. 煙臺大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)與工程版,2007,20(6):19-21.