上海交通大學“操作系統”精品課程的立體化建設

1 課程建設基本情況

由于操作系統在計算機領域有舉足輕重的作用，能否學好“操作系統”對計算機專業學生的未來發展有著諸多影響。為此，我校操作系統課程組經過認真探索，從教學方法、上課形式、課程內容、考試方式等方面對操作系統教學進行改革和創新，提出并實施了一系列具體的措施，全力營造精品課程。

首先，我們以聯系的方式把握“操作系統”的教學。“操作系統”是一門整體性很強的課程，涉及計算機的方方面面，且直接與計算機硬件打交道。因此，硬件的基礎知識對操作系統學習的關聯非常大。如果學生對計算機組成與系統結構不夠清晰，學習“操作系統”時就會遇到很大的困難。因此，我校“操作系統”課程組的老師經常與“計算機組成”和“數據結構”等課程的老師溝通，確保這些課程之間的邏輯連貫性和知識緊湊性，甚至由同一教師教授這三門課程，以取得這些知識間的無縫連接，從而提高學生學習操作系統的效果。

其次，我們參考美國著名大學的“操作系統”教程，吸取他們在“操作系統”教學上的經驗及獨到之處。同時，在課程教學中引入團隊人員在設計真正的商業操作系統中所積累的經驗，如EMC的Engenity智能存儲操作系統、IBM的AIX操作系統等，將跨國公司在研發操作系統上的心得體會與經驗教訓應用于課程的教學和實驗室的課題設計中，讓學生了解實際操作系統設計中的酸甜苦辣，從而提升學生學習理解操作系統的層次和深度。

更為重要的是，我們以立體化教學組合來創造精品環境。從聯系生活的現身說法，到課程網站、FTP下載站、E－learning在線教育互動平臺以及邀請業界精英進行講座，各種方式均以其獨特的功用被納入到整個教學的計劃和安排中。尤其是E－learning上的師生互動，讓授課教師能夠及時了解到學生的反饋，及時對教學計劃進行調整，以更好地適應不同班級的學生需求。最后，我們鼓勵學生在課堂內外進行思索，在設計大實驗中勇于創新，探索把握操作系統的精髓。

2 精品課程的創新點

本課程的特色與創新點是以哲學為立教基礎、以立體化手段構造精品環境、以前沿接軌開闊學生視角、以現身說法激起學生的學習興趣。

1） 以哲學為立教基礎

人類萬事萬物均與哲學有著千絲萬縷的聯系，操作系統也不例外。從哲學上看，操作系統乃至計算機整個領域為一人造科學，即它們的原理、方法和實踐不具有絕對的正確與錯誤，而只是具有相對的好與壞而已。因此，在操作系統的設計上，最后的考慮因素通常是哲學上的考慮。如是否需要節省成本？是否需要簡化開發過程？為效率的提高能夠付出多大的代價？這些考慮最后體現在操作系統設計的各種具體選擇上。而有些初看難以理喻的設計決策，在上升到哲學的思考層次之后，就完全清晰明了了。

2） 以立體化手段營造精品教學環境

多管齊下，將所有有助于教學的方式應用到教學過程中，最大限度營造精品教學環境。案例教學以史為鑒，讓學生置身于模擬的真實環境中，學習如何進行具體的操作系統設計和問題解決。課題設計大實踐培養學生運用知識、解決問題和團結協作的能力。全英語或雙語教學迫使（鼓勵）學生使用英語解答，提高英文交流能力。教學網站擴充課堂內容，提供大量“操作系統”課外補充資料、電子課件和在線自測。E-learning學習平臺將54學時的課堂教學擴充成無時空限制的在線教學。

3） 以國際化教學的前瞻性開闊學生視角

結合國內外操作系統領域的最新發展，參考國際著名大學最新推出的操作系統課程大綱，借鑒大型跨國公司在設計操作系統中獲得的經驗和教訓，注重專業知識的前瞻性和國際性，構建合理的教學內容。聘請優秀的第一線精英擔任教師，參與教案制訂，傳授先進的理念和技術；邀請在操作系統設計上有見解的大師進行講學，與國際前沿接軌，開闊學生視野。

4） 以現身說法的生動趣味性激起學習的興趣

鑒于我們教學團隊有著參加真實操作系統設計的經驗，通過現身說法，講解在設計過程中遇到的具體問題和采用的具體解決方法、將操作系統的原理在實踐中進行分析，促使學生從現實的角度分析和解決問題。穿插于案例分析之中的原理介紹，使學生潛移默化地學會運用原理、把握精髓、深入淺出，使學生真正明了操作系統的奧妙，從而提高學生對操作系統的興趣。

3 精品課程建設的具體實施辦法

多年來，為營造“操作系統”精品課程，我們在教學內容、方法、手段等方面進行了一系列的研究和改革，構造精品環境，建立了一套具體的實施辦法。

1）建立“案例-原理-實踐”的教學模式

根據操作系統的特點，摒棄了過去只注重書本內容的教授，引進了實際工作的案例。通過案例分析，促使學生從實際出發，從現實的角度看待問題、分析問題，不再局限于書本上的條條框框。而穿插于案例分析之中的原理介紹，使學生潛移默化地學會運用原理。對操作系統設計的親身實踐，使得學生把所學轉化為所用，并在所用中不斷加深與把握對操作系統的理解，避免高分低能的現象。

2）建立“與生活聯系起來”的深入淺出講解模式

在多年的操作系統教學與設計中，我們發現操作系統的許多原理本來就來源于生活。如進程同步與生活中約會的類似性；緩沖區與超市的類似性；層次結構與人類上層建筑的類似性等。通過把這些人類生活中常見的機制引入到教學中進行類比分析，使枯燥的操作系統原理變得生動有趣，從而提高學生的學習興趣。

3）建立立體化的精品教學環境

除了課堂教學，我們建立了課程網站和E-learning在線學習平臺。在課程網站上放置了大量操作系統資料，包括各種線程庫、小型操作系統、擴充性資料、標準規范、多媒體課件和錄像，以及網上自測問答。在E-learning在線學習平臺上，提供了選課、在線課件學習、交流、提問、提交和批改作業、通告、學生教學評估和反饋等功能。此外，采用雙語教學，并選拔優秀學生進行全英文教學。

4） 建立理論聯系實際的課程設計環節

在實踐性教學環節上，我們和企業合作，使用最新的軟件工具，搭建項目實踐的先進實驗平臺。目前，建立了兩個300平方米的獨立實驗室為學生長期開放。讓學生以團隊方式完成一個彰示根本原理的小型操作系統的開發，鼓勵學生在實踐環節上進行創新，提出自己的見解和設計，并在實驗室加以驗證，從根本上和底層次上深化對操作系統的理解。

5） 建立與當前技術的緊密聯系

在介紹基礎原理之外，對當前與操作系統相關的現代技術作出講解。尤其是在操作系統設計的實際考量、操作系統威脅和操作系統的災難應對上，我們講解了先進的理論、方法和實踐。例如，我們講解了Phishing對操作系統安全的挑戰，Multicore和流媒體技術對操作系統設計的影響、數據備份與災難恢復對操作系統的新要求等。同時，我們邀請企業的資深工程師和操作系統的真正設計者開設講座，傳授最新技術和業界最佳實踐，開闊學生視野。

4 精品課程相關教材介紹

在教學內容的組織上，我們遵循基礎與前沿兼顧、理論與實際齊進、技術與管理并重的原則，覆蓋了操作系統知識體系的所有方面，并努力為后續的信息安全理論、高可靠軟件工程、分布式操作系統、信息災難及災難應對、實時計算等計算機領域專業課打下扎實的基礎。

為此，我們選擇了荷蘭籍學者Andrew Tanebaum編寫的原版國際優秀教材《Modern Operating System》作為中心教材。該書在操作系統界享有很高的威望，并被美國的多所著名大學選擇作為教材或參考書，在Amazon的在線評論里也獲得了五個星級的評價。該書對操作系統的論述全面、充分，錯誤較少，與操作系統的當前研究同步，文筆流暢，可讀性強，趣味性高，是少有的優秀教材。學生使用后反映良好。

主講教師個人簡歷

主講教師鄒恒明教授系美國密歇根大學（University of Michigan-Ann Arbor）計算機科學與工程博士、中國科學院計算技術研究所計算機科學碩士、華中理工大學計算機科學與工程學士。曾先后在美國IBM、美國國家數據公司、美國朗訊和美國EMC公司任職8年多，參與了EMC公司的Engenity存儲操作系統和IBM的AIX操作系統的設計與開發，并為多家跨國公司設計過（信息）災難恢復解決方案。2003年10月加入上海交通大學，為高可靠軟件實驗室負責人。目前開設的課程有操作系統、數據結構、計算機組成與系統設計、數據庫系統和信息災難及災難應對。鄒恒明教授在國際主要期刊和會議上發表論文幾十篇，在軟件可靠性預測與選擇（高可靠軟件工程）、信息災難及災難應對（HERMES信息盾）、安全存儲與訪問（高可用信息系統）、系統應用虛擬化（Translucent Computing）等方面取得了獨特的研究成果。

鄒恒明教授主講的各門課程均獲得了學生的廣泛認同。以“操作系統”為例，其在上海交通大學軟件學院教授的“操作系統”獲學生評價分28.95（滿分30），在計算機系教授的ACM班“操作系統”獲學生評價分96.636（滿分100）。

課程網址

http://se.sjtu.edu.cn/elearning/

賬號：cs307

密碼：cs307

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