“操作系統(tǒng)”精品課程建設(shè)

楊　燕　張新有　周　杲　胡曉鵬

摘要:“操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課,在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上,起著承上啟下的作用,其特點(diǎn)是涉及面廣、內(nèi)容龐雜、實(shí)踐性強(qiáng)、教學(xué)難度大。本文圍繞“操作系統(tǒng)”課程的特點(diǎn),從課程體系構(gòu)建、教學(xué)內(nèi)容和方法更新、雙語教學(xué)推進(jìn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)幾個(gè)方面探討“操作系統(tǒng)”精品課程建設(shè)的改革思路及成效。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);精品課程;課程體系;教學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)環(huán)境

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

1引言

“操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程專業(yè)的核心主干課程,也是網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、自動(dòng)化等各專業(yè)學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握的基礎(chǔ)課程。該課程在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上起著承上啟下的作用,也是打好軟件基礎(chǔ)的關(guān)鍵課程。

近年來,隨著計(jì)算機(jī)制造技術(shù)和用戶需求,特別是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展,操作系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)方面的研究得到了迅速的發(fā)展。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有舉足輕重的作用,能否學(xué)好“操作系統(tǒng)”課程,掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù),對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的未來發(fā)展至關(guān)重要。為此,本文從優(yōu)化課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面對(duì)“操作系統(tǒng)”進(jìn)行精品課程建設(shè),提出并實(shí)施了以下一系列改革措施。

2構(gòu)建多層次、多類型的課程體系

“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)目標(biāo)是向?qū)W生系統(tǒng)地介紹操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容包括操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、任務(wù)管理模型、資源管理模式、任務(wù)調(diào)度算法以及資源分配算法等。培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、開發(fā)系統(tǒng)軟件的基本技能,使其具有初步分析實(shí)際操作系統(tǒng)的能力,為今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為加強(qiáng)該課程教學(xué)效果,提高課程教學(xué)質(zhì)量,使內(nèi)容具有系統(tǒng)性,建成了以操作系統(tǒng)為主干的、多層次、多類型的課程體系。根據(jù)不同學(xué)科、專業(yè)對(duì)操作系統(tǒng)知識(shí)的要求不同,以及所具備的不同的專業(yè)基礎(chǔ),開設(shè)了:

(1) 操作系統(tǒng)(A)(4學(xué)分)——針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程專業(yè)本科學(xué)生;

(2) 操作系統(tǒng)(B)(3學(xué)分)——針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、自動(dòng)控制等本科學(xué)生;

(3) 操作系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)——針對(duì)軟件工程本科學(xué)生、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及計(jì)算機(jī)軟件與理論研究生;

(4)Linux操作系統(tǒng)——針對(duì)全校本科生的選修課;

(5) 嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用——針對(duì)軟件工程本科生、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及計(jì)算機(jī)軟件與理論研究生。

以上因材施教的措施,取得了很好的教學(xué)效果。

3更新教學(xué)內(nèi)容和方法

我院“操作系統(tǒng)”課程已被評(píng)為四川省級(jí)精品課程。在多年的課程建設(shè)中,我們積極探索在新理論、新概念、新技術(shù)不斷發(fā)展情況下教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)模式的變革。

3.1重視教學(xué)內(nèi)容的更新和整合,使課程內(nèi)容跟上學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展

為跟上現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展步伐,在教學(xué)內(nèi)容中,增加了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、對(duì)稱多處理、系統(tǒng)安全性、微內(nèi)核及線程技術(shù)等內(nèi)容。在進(jìn)行“操作系統(tǒng)”課程理論教學(xué)的同時(shí),重視同步進(jìn)行主流操作系統(tǒng)的實(shí)例教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。九十年代初將Minix作為實(shí)例引入“操作系統(tǒng)”教學(xué)中,進(jìn)行剖析,開設(shè)相應(yīng)實(shí)驗(yàn),對(duì)Minix相應(yīng)模塊進(jìn)行修改和更新。2000年后,將Linux作為操作系統(tǒng)的實(shí)例教學(xué),在“操作系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)”課程中,對(duì)Linux源代碼進(jìn)行較為詳細(xì)的分析,并開設(shè)基于Linux的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。繼而在本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行深入分析,對(duì)調(diào)度算法、驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)等部分進(jìn)行修改和設(shè)計(jì)。2005年建成了基于“Linux的操作系統(tǒng)課程”網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.2加強(qiáng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)科技英語掌握和使用能力方面的培養(yǎng),增強(qiáng)了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力

自2004年以來,“操作系統(tǒng)”課程實(shí)施雙語教學(xué)。采用國(guó)際流行的英文版《Operating Systems: Internals and Design Principles》影印教材,使用英文課件、英文習(xí)題和英文命題考試,將國(guó)外先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)方式貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中,提倡啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)。使學(xué)生不僅牢固地掌握了操作系統(tǒng)知識(shí),而且提高了綜合素質(zhì)和跟蹤學(xué)習(xí)前沿知識(shí)的能力,以及專業(yè)英語閱讀能力,增強(qiáng)了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,具有較好的示范性。

3.3科學(xué)合理運(yùn)用多媒體教學(xué)手段,改進(jìn)教學(xué)方法

在課堂教學(xué)中,以帶動(dòng)畫效果的直觀的多媒體電化教學(xué)為主,輔之以板書,對(duì)操作系統(tǒng)的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行形象化的解釋或演示。這種現(xiàn)代化的教育技術(shù)手段,可以加大信息容量,以動(dòng)畫生動(dòng)表現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程,以擬人手段講解難點(diǎn),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如進(jìn)程的概念及狀態(tài)變化采用上述方法,收到了很好的授課效果。

3.4開通“操作系統(tǒng)”教學(xué)網(wǎng)站,為學(xué)生提供良好與快捷的學(xué)習(xí)平臺(tái)

在建設(shè)“操作系統(tǒng)”精品課程的過程中,作為課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充,教學(xué)網(wǎng)站是一項(xiàng)充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù),拓寬教學(xué)資源使用和學(xué)生受益范圍的舉措。多方位地開展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué),能讓學(xué)生更大程度地獲得需要的信息和知識(shí),了解整個(gè)課程教學(xué)過程。

2004年起,我們積極開展“操作系統(tǒng)”課程的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)工作。目前,已經(jīng)建立了“操作系統(tǒng)”教學(xué)網(wǎng)站(http://sist.swjtu.edu.cn/os)和Linux網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境(http://222.18.54.26)。前者的服務(wù)包括:課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、公告發(fā)布、文獻(xiàn)推薦、電子教案、網(wǎng)絡(luò)課堂、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、習(xí)題練習(xí)、文件下載及在線答疑等。

Linux網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境(網(wǎng)站)的服務(wù)分為教師端、學(xué)生端和管理員端三部分。教師端功能包括:

(1) 教學(xué)班級(jí)創(chuàng)建與刪除:根據(jù)班級(jí)信息為每個(gè)用戶創(chuàng)建Web賬號(hào)和Telnet賬號(hào),或刪除。

(2) 賬號(hào)管理:完成個(gè)別學(xué)生的Web賬號(hào)及Telnet賬號(hào)的創(chuàng)建、恢復(fù)與刪除。

(3) 作業(yè)管理:教師通過Web方式布置作業(yè),查看學(xué)生上傳的作業(yè),進(jìn)行評(píng)分;以及對(duì)學(xué)生通過Telnet登錄完成的作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),包括作業(yè)數(shù)量及其屬性等。

(4) 試卷組卷:可以根據(jù)章節(jié)內(nèi)容和難度系數(shù)從試題庫(kù)中組卷,可以添加、修改和刪除試題。

(5) 公告發(fā)布:添加公告。

(6) 教學(xué)答疑:通過留言板實(shí)現(xiàn)。

學(xué)生端功能包括Web帳號(hào)密碼修改、查看本系統(tǒng)中自己的教學(xué)班、作業(yè)下載與上傳、教案下載、Telnet鏈接以及答疑系統(tǒng)。

管理員端功能主要完成教師帳號(hào)管理、公告信息管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及其他如IP地址、信息過濾等管理。

上述兩個(gè)操作系統(tǒng)網(wǎng)站的開通,充實(shí)和完善了網(wǎng)上的教學(xué)資源,改善了原有課堂講授的單一教學(xué)方式,提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)輔導(dǎo)的信息交互平臺(tái),學(xué)生受益匪淺。

4建立基于Linux的“操作系統(tǒng)”課程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境

“操作系統(tǒng)”課程不僅是一門理論性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課,而且是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。要清楚地理解操作系統(tǒng)的精髓,親自動(dòng)手參與實(shí)踐是很重要的。我們希望通過實(shí)踐教學(xué),將抽象的操作系統(tǒng)概念及原理,形象化地傳授給學(xué)生,讓學(xué)生分析理解典型的操作系統(tǒng),緊跟飛速發(fā)展的操作系統(tǒng)技術(shù)。

Linux是一個(gè)完整的通用操作系統(tǒng),其源碼公開,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰,是一個(gè)極好的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)藍(lán)本。因此構(gòu)建基于Linux平臺(tái)的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以解決“操作系統(tǒng)”課程理論和實(shí)際脫節(jié)、理論抽象、實(shí)驗(yàn)困難的現(xiàn)象,是提高“操作系統(tǒng)”教學(xué)水平的有效途徑。我們?cè)诓桓淖冇脩粲?jì)算機(jī)大多采用Windows系統(tǒng)的前提下,通過提供一個(gè)Linux服務(wù)器,構(gòu)建了一個(gè)基校園網(wǎng)的、開放的“操作系統(tǒng)”教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境(http://222.18.54.26)。

在Linux實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,鼓勵(lì)學(xué)生深入Linux內(nèi)核,分析源代碼。在開源Linux系統(tǒng)中,學(xué)生可以仔細(xì)閱讀、分析源代碼,可以與書中介紹的原理、方法進(jìn)行逐一比較,探究它是如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代操作系統(tǒng)常規(guī)功能的?；贚inux的主題實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)層次:

第一層次為對(duì)課程內(nèi)容驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)。如學(xué)習(xí)使用Linux操作系統(tǒng),觀察Linux的行為,在Linux系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的軟中斷通信、管道通信、內(nèi)核定時(shí)器等。通過實(shí)驗(yàn),使學(xué)生對(duì)課堂上講授的基本原理加深理解。

第二層次為設(shè)計(jì)性、個(gè)性化較強(qiáng)的綜合性實(shí)驗(yàn)。包括對(duì)Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼的分析和修改,如在內(nèi)核中增加一條系統(tǒng)調(diào)用,虛擬內(nèi)存管理,設(shè)計(jì)并修改進(jìn)程調(diào)度算法,設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。這些設(shè)計(jì)都包含對(duì)內(nèi)核的修改、重建或模塊機(jī)制,過程較為復(fù)雜。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好,設(shè)計(jì)不同的內(nèi)核修改方案。一般配合“操作系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行。

第三層次為構(gòu)建“操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境本身,指導(dǎo)四年級(jí)的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中深入分析Linux內(nèi)核,修改、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)新的算法或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),開發(fā)實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng),為有能力和有興趣的同學(xué)提供了技術(shù)提高環(huán)節(jié),也為今后從事相關(guān)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過以上三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)鍛煉,學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng),受到歷屆學(xué)生的好評(píng)。

5結(jié)束語

精品課程建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱苦的工作,它貫穿于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在“操作系統(tǒng)”精品課程建設(shè)的歷程中取得上述一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì),主要得益于有一支素質(zhì)優(yōu)良的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。只要我們堅(jiān)持教育教學(xué)改革,不斷更新和整合教學(xué)內(nèi)容,不斷改進(jìn)教學(xué)方法,努力加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有效結(jié)合,就能使教學(xué)水平不斷得到提高。

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