“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與建設(shè)的研究與實(shí)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(jī)學(xué)院“操作系統(tǒng)”課程組結(jié)合上海市重點(diǎn)課程建設(shè)項目進(jìn)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(shí)踐動手與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)進(jìn)行了嘗試,并介紹了課程建設(shè)的研究與實(shí)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(xiàn)標(biāo)識碼:B

“操作系統(tǒng)”是計算機(jī)學(xué)科的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是計算機(jī)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(jī)學(xué)院“操作系統(tǒng)”課程組結(jié)合上海市重點(diǎn)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(shí)踐動手與系統(tǒng)軟件分析的能力培養(yǎng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)技巧。通過新穎的教學(xué)手段,創(chuàng)造實(shí)踐環(huán)境,增強(qiáng)學(xué)生分析能力和動手實(shí)踐能力,為今后分析、設(shè)計和開發(fā)系統(tǒng)軟件打下扎實(shí)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(shí)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(jìn)行創(chuàng)造性和發(fā)散性思維,從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和熱情,以更好的達(dá)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(shí)際運(yùn)用的主流操作系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)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(jī)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(jī)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(shí)例分析》以及為雙語教學(xué)準(zhǔn)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(shí)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(jìn)行理論剖析,并作為實(shí)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(yàn)和研究成果,同時,具有一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)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(jìn)學(xué)生動手實(shí)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(biāo)

操作系統(tǒng)軟件是計算機(jī)系統(tǒng)的靈魂和核心。它的設(shè)計原理和技巧是計算機(jī)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(jī)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(diǎn),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(yùn)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(qiáng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面,完善學(xué)院機(jī)房操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造實(shí)踐環(huán)境,引進(jìn)新技術(shù),完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。利用Linux公開的源代碼,采用上機(jī)實(shí)驗(yàn)和源代碼分析相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法。編寫和完善適合于新系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

此外,進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容,強(qiáng)化動手實(shí)踐與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)

“操作系統(tǒng)”課程是計算機(jī)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(jī)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(qiáng)的實(shí)踐性。為此,課程組自編了計算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,認(rèn)真設(shè)計了理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容,強(qiáng)化動手實(shí)踐與系統(tǒng)分析的能力培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書以Linux操作系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境,為學(xué)生介紹了Linux的相關(guān)知識和主要特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,用感性認(rèn)識深化理性認(rèn)識,在實(shí)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(shí)驗(yàn)要求設(shè)計算法、編制程序,并通過上機(jī)調(diào)試、運(yùn)行,最后按規(guī)定格式寫出上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告。實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備充分,課內(nèi)重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)大綱和考試大綱。

(2) 撰寫了操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(jī)房的Linux上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jī)上都可以使用Linux系統(tǒng)。學(xué)生通過上機(jī)實(shí)驗(yàn),對理解和掌握課程知識,提高動手實(shí)踐能力有很大的幫助。

(4) 利用上海大學(xué)獨(dú)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(rèn)識實(shí)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(shí)驗(yàn),效果很好。

(5) 完成了計算機(jī)“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(shí)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。“操作系統(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(shí)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(diǎn):

(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(jìn)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(jìn)教學(xué)模式,具有教學(xué)互補(bǔ)性、教師要求高、教學(xué)效果好的特點(diǎn)。

(3) 理論教學(xué)與實(shí)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(shí)踐動手能力。

(4) 利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò)資源,進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn),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(xiàn):

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