電子科技大學“計算機操作系統”精品課程建設

劉乃琦　蒲曉蓉　劉　丹

計算機操作系統是最核心、基礎的計算機系統軟件，計算機操作系統的設計原理與實現技術是計算機專業人員必須掌握的基本知識。“計算機操作系統”是計算機學科最重要的專業基礎課程。該課程介紹操作系統的基本原理和實現技術，是理解計算機系統工作、用戶與計算機系統交互和設計開發應用系統等基本知識結構的重要途徑。其內容涉及理論、算法、技術、實現和應用，學生學習理解有一定難度，作為專業學科中一門承前啟后的專業基礎課程，計算機操作系統在計算機專業課程體系中扮演著重要的角色。

隨著計算機技術、設備的迅速發展和應用需求的拓展，三十年來，課程內容不斷充實更新，計算機操作系統今非昔比。現代操作系統的內容蘊涵了什么？知識結構的重點是什么？操作系統在課程體系中的關系如何？需要本科學生理解和掌握什么？如何加深理解和運用？課程的發展如何與時俱進？這都是課程建設必須考慮的問題。

課程歷史與課程建設

電子科技大學“計算機操作系統”課程起源于20世紀70年代初期。當時，隨著計算機巨頭IBM公司的S/360大型機系統軟件的推出，對“計算機操作系統”這個系統軟件的討論遍及全球。以周錫令教授為代表的一批專家學者敏銳地感覺到“操作系統”將成為計算機技術和學科發展的重要領域，他們不失時機地開展了計算機操作系統的研究和分析。在收集匯總國際上相關“操作系統”學術論文的基礎上，出版了中文“操作系統”論文集（上、下冊）和英文論文集，組建了“操作系統”軟件研究小組，展開了對計算機體系結構和操作系統的研究。先后多次舉辦了全國高校和研究單位參加的“操作系統”學習班、研討班和培訓班，并派教師到國外學習相關操作系統知識。1977級本科學生就開始采用新的教學體系，設置了“操作系統原理”課程。在“操作系統”論文集的基礎上，計算機專業湯子瀛和楊成忠老師編寫了《操作系統原理》講義， 1981年，《操作系統原理》教材正式出版。1984年，改名為《計算機操作系統》，由重慶大學著名教授童頫主審，作為全國統編教材由西北電訊工程學院出版社出版，在全國計算機界產生了很大的影響，并在1987年獲得國家電子部優秀教材二等獎。

“操作系統”課程組承上啟下、與時俱進，自2001年起，進一步完善課程內容體系，采用國際優秀教材和雙語教學，進行精品課程建設。以操作系統原理為核心和基礎，并拓展到“操作系統結構”、“嵌入式操作系統”和“大型機操作系統”等相關課程，推動多層次、多類型、多應用教學。并以培養學生創新能力為目標，以系統設計和軟件構架為教學理念，突出概念、原理等理論內容的實踐應用環節，優化課程內容，教學資源網絡化，使學生受益面不斷拓寬。教學項目“計算機主干課程建設與教學改革”曾獲2001年度國家教學成果二等獎。課程組先后出版操作系統教材四部、講義四部，發表相關操作系統和教學改革的論文20余篇，教學實驗和教材等項目先后獲得電子科技大學多項校級獎勵。目前，“計算機操作系統”課程獲得“教育部-微軟精品課程”建設項目支持，教材被列入高教出版社“十一五”規劃教材建設。在操作系統應用研究領域，課程組和項目團隊在常規操作系統、分布式操作系統、實時操作系統、嵌入式操作系統、大型機操作系統等領域也具有較大的優勢和獨到的特色。

知識結構與課程教學

一門課程的教學目的是通過該門課程的教學（講授、討論和實踐）讓學生學習（了解、理解、掌握、運用等）到課程內容所提供的知識和技能，構建合理的知識結構，為進一步的學習和應用打下基礎，這是對本科生的基本要求。因此，建立計算機操作系統的知識結構，設計和規劃本科階段的教學內容，就是課程建設的重要工作，如圖1所示。

掌握計算機操作系統的基本原理是計算機專業學生深入學習該方向其他課程和進行研究的必備基礎，有著極其重要的學科地位。課程組以操作系統中成熟、經典的思想和設計算法為核心，緊密結合當代操作系統的發展趨勢，建立以操作系統所管理的資源對象為分類標準、以操作系統的性能為設計目標、以操作系統的各類算法和數據結構為實現手段的教學內容體系和風格；注重該課程與其他課程的交叉關聯，以計算機組成原理課程為基礎，以嵌入式系統設計為實例，在傳統知識結構基礎上，以現代Unix、Linux和Windows操作系統的新特征為案例；強調研究型教學，教師積極進行教學研究，探索新的教學方法和手段，自主提出了“融入式”、“定位式”等教學新理念，并率先采用雙語教學，引入國內外最新的發展成果和教學理念；結合理論與實踐，針對學生的理論理解能力、技術性實踐能力、綜合性實踐能力和探索性實踐能力的培養需要，配套課堂實驗及低、中、高四個層次的實驗內容，使課程理論與實踐相互促進，形成積極的、充滿生機活力的互動教學機制，提高人才培養質量。

“計算機操作系統”是一門理論性、實踐性并重的基礎核心課程，內容抽象、課程教學難度大。為提高課程教學質量，針對教學難點，研究教學方法，融入教學過程，探索教學改革，課程組采用了如下教學方法和教學手段。

1．合理選用教材和參考書，保持教學內容的時代性和先進性

教材是影響教學內容的一個非常重要的因素。現代操作系統工程實踐和技術發展迅速，傳統開發技術被淘汰或被改進，新的開發思想和基本概念不斷出現，并應用到當前流行的操作系統產品中。要求“操作系統原理”的教學內容必須及時更新，適應發展，與時俱進。否則，難以使學生學以致用，勢必影響學生學習興趣，從而影響教學質量。通過采用原版教材，加大參考與輔導學習，自編教材，靈活采用雙語教學的方式，促進教學質量的提高。

2．強調教師素質，通過教學研究和科研工作提高教師業務水平

作為教學主體之一，教師必須及時更新自己的知識，不斷學習，提高業務水平。多年來，課程組始終堅持收集和閱讀與操作系統有關的各種資料和文獻，并結合科研項目對操作系統開展了大量的研究工作，參加了若干有影響的操作系統軟件的開發。在課堂教學中，介紹研究方向和學科前沿，吸引本科學生參與教師的科研工作，拓展自己的視野。

3．精心備課，突出教學內容的系統性和完整性

如何組織課程內容，使其成為一個有機整體，是課程組必須解決的問題。通過較長時間的探索，我們認為必須首先幫助學生建立操作系統總體結構輪廓，然后再介紹各部件內容。同時，我們還總結出“突出總體結構、深入講解部件”的教學原則。而且，整個教案的內容組織注重引導學生探討各種知識的內在聯系和技術的引入背景，注重知識的理解，而非簡單記憶。基于這樣一條明確主線，學生的學習更具方向性和目的性，學習效果明顯提高。

4．科學授課，充分調動學生的積極性和創造性

課堂教學是整個教學活動的另一重要環節，課堂組織是否科學合理會直接影響學生學習的質量和效果。課程組總結出了一些有效的措施。

* 明確學習目的，激發學習興趣，采用啟發式教學。興趣是促進學習的巨大動力，教師有義務激發學生的學習興趣，尤其是理論性較強的課程。所以，在課程之初就必須清楚地告訴學生學習該課程的目的，講清不同學習對象（如一般計算機用戶、程序員、系統分析員、系統管理員）的學習目的，根據學生已經遇到的問題結合教學內容激發學生思考，探索問題的答案。

* 根據教學內容，合理安排教學進度，注重節奏教學。“操作系統”課程內容的概念多而抽象，而從抽象到設計又是理論到工程的轉換，本科學生缺乏系統和工程的概念，因此，是一個難點。我們在課程進度方面采用“先慢后快”的節奏。“先慢”是為了讓學生有充足的時間消化新概念，也讓學生適應教師的授課風格；“后快”是當學生基本掌握了該課程的主要概念以后，可以適當加快教學進度，以便按時完成教學計劃。

* 精心準備，激情授課，強調交互式教學。教學方法需要強調講課的高度激情，以教師高昂的情緒感染學生，避免“滿堂灌”。課程組要求教師在課前要根據內容需要設計準備適當的問題，在課堂教學適當的時候提出，留給學生適當的思考時間。同時，鼓勵學生提問，根據學生反饋信息和問題，與學生探討問題的解決，而非給出答案。這種交互式方式，學生非常樂于接受。

* 深入淺出，理論聯系實際，突出原理的應用。如何將高深的理論用淺顯的語言表述是教學方法的技巧。操作系統中的“并行與并發”、“進程與線程”的概念是理解的難點，我們結合當前主流操作系統產品（如Windows和Unix系統中的多任務執行，多層調用等）的具體示例進行講解，從應用角度和生活常識形象生動地解釋理論，開拓了學生的思維。

* 以人為本，誠心與學生交朋友，推崇親情教學。“操作系統”課程對象通常是大學三年級學生，此時，很多學生正處于人生規劃決策的關鍵時期，作為老師與長者，幫助他們健康成長是義不容辭的職責。以講授課程知識為基礎，輔以講授人生發展與規劃，幫助他們解除成長過程中的煩惱，把他們當作朋友，對于推動教學工作是非常有益的，這種“親情式”教學手段往往能收到良好的教學效果。

5. 注重實踐環節，強調能力培養，合理進行學生考核

遵循學生創新能力培養的整體規劃，基于系統設計和軟件模塊設計的思路，課程組利用較好的實驗室條件，開設“實驗室課堂”，構建“操作系統案例庫”，結合課程實驗、應用實驗和綜合實驗加強學生系統編程與內核模塊設計的能力。這些案例既作為教學，也供學生自行設計或復現，優秀作品又進入案例庫循環，使學生能即學即用，及時發現和解決問題，對抽象概念通過實踐環節理解，拓展深層次思考，對學生的能力訓練收到很好的效果。案例如圖2和圖3所示。

6. 靈活運用現代化教學平臺，提高教學質量

在精品課程建設過程中，教學網站是一項充分發揮現代信息技術，拓寬教學資源使用和學生受益范圍的舉措，也是讓學生更大程度獲得需要的信息和知識，了解整個課程教學過程，讓學生參與到我們的教學中來，形成師生共建、共促質量的模式。教學網站的建立，基于CERNET西南中心結點和校園網，利用教師社區發布課件，利用留言板與學生交流答疑，通過電子郵件向學生提供課外輔導渠道等，既對本專業學生提供了共享與交流環境，也為其他專業和遠程教學提供了網絡教學資源。

7. 操作系統發展的系列學術交流

學術交流是提高課程教學質量的另一種途徑。操作系統技術發展日新月異，為使學生了解現代操作系統發展的新趨勢，課程組組織了有關操作系統技術領域的系列講座。根據“操作系統”課程內容及相關課程在今后學科中的應用，講述應用需求對操作系統的要求。此外，還邀請國內外專家進行學術交流（如Intel、IBM、Mircrosoft、Nokia等公司技術專家），了解操作系統發展動向等。通過這些課程講座，使學生充分領略該課程在科學研究和應用開發中的重要作用，使學生學習目的更加明確。

課程的主要特色

“計算機操作系統”課程的建設和教學過程體現了電子科技大學本科教學中的理論、技術與工程結合的特點。其特色體現在：

1）堅持基礎核心，帶動多層次、多類型教學，構建先進課程內容體系

以本科“操作系統原理”為基礎核心，形成多層次、多類型教學，層次分明、思路清晰，內容彼此呼應，系列課程與實驗相互配套，保證了理論教學、實踐教學和資源輔助教學的有機結合。

2）強調能力培養與創新，實施“循環案例”和“師生共建”的教學模式

靈活實施雙語教學，開設“實驗室課堂”，構建“案例庫”，通過教案電子化、教學資源網絡化、參考資料廣域化、師生交流多樣化，強化課程內容的理解和運用。鼓勵本科學生參與教師的科研工作，通過分析和模塊設計，不斷完善“案例庫”，師生共同參與課程建設，保證課程質量。

3）強調與時俱進，優化課程內容，保持與現代操作系統發展同步

以現代計算機系統軟件構架為教學理念，以并行處理技術和智能管理技術為重點，以技術和設備發展為驅動，以應用系統實施為特點進行課程內容講授。同時，課程組積極開展教學研究和科研應用項目，在常規操作系統（Windows, Unix/Linux）、嵌入式操作系統（WinCE, Em-Linux, VxWorks）、移動終端操作系統（Symbian等）和大型主機操作系統（z/OS）等方面開展研究工作，以科研促進教學，收到明顯的效果。

總結

電子科技大學“計算機操作系統”課程具有深厚的歷史積淀和教學經驗，在國內同類課程教學上有較明顯的特色和優勢，體現了電子科技大學本科教學中強調理論、技術與工程結合的特點。課程建設與時俱進并持續發展，在采用國際優秀原版教材，靈活實施雙語教學的基礎上，使自編教材達到較高的水平，教材先后被列為全國統編教材（1984）、全國推薦教材（1997）、全國“十五”規劃教材（2003）和全國“十一五”規劃教材（2006）。課程建設提出“操作系統”系列課程和系列實驗，開出分層次的配套實驗課程，強化理論的理解和運用。

通過課程建設，我們也認識到：

1）操作系統的實踐環節需要進一步完善，在時間和驗證評價指標上需要進一步探索，類型需要進一步更新。

2）雙語教學問題需要認真思考并靈活掌握，在教材、理解、語言和學生接受程度等方面需要進一步實踐。

3）國內外教學和學術交流需要進一步拓寬。

4）操作系統教學如何體現創新能力的問題需要進一步探索，如在思維、革新和應用上的創新。

5）希望兄弟院校的同行與我們一起將這門課程真正做成精品課程。