操作系統教學改革與創新人才培養

摘要: 針對操作系統課程教學中存在的局限，以創新人才培養為目標，本文作者結合自身的教學實踐，從教材、教學內容的改革教學手段和實驗的改革等方面闡述了操作系統教學改革與創新人才培養的方法。

關鍵詞: 操作系統教學改革創新人才

1.引言

操作系統是計算機系統的核心，是計算機科學與技術專業的一門理論性和實踐性并重的核心主干課程，其課程教學直接關系到計算機專業學生的創新能力的培養。現有的操作系統教材偏向于理論，內容抽象、過時，在操作系統的教學中存在偏理論輕實驗或局限于算法的模擬實驗，教學手段單一，因此難以調動學生的積極性，激發學生的學習熱情，培養學生的創新精神。針對現有教學的局限，筆者根據課程特點，從教材、教學內容、教學手段和實驗等幾方面進行教學改革，取得了一定的成效。

2.操作系統的發展與創新

操作系統是隨著計算機硬件與軟件的發展而發展的。從早期的控制程序到管理程序(初級操作系統)，再從管理程序發展為操作系統;從作業到進程，再到線程;從單道獨占到多道并發;從查詢I/O到中斷，再從中斷到DMA，從DMA到通道，改革創新貫穿整個發展過程。

創新是民族進步的靈魂，創新性人才培養是人才培養的最高境界。大學作為創新人才培養的重要基地，在整個培養過程中，應始終堅持以創新為本。操作系統的發展過程就是一個創新的鮮活實例，因此，在操作系統的教學過程中教師應將創新能力的培養貫穿于整個課程的教學始終。

3.講義編寫的改革

針對當前教材過時、重理論輕實驗等局限，筆者采取了課程組自編講義，在教學過程中不斷更新完善，講義和參考教材并用的方法。

教師應在充分吸納現有教材精華的基礎上，結合教學實踐，學生的知識結構，最新的理論、技術和實驗環境，有重點、有選擇地編寫講義，以適應教師教和學生學。講義的編寫應做到:第一，內容新穎。教師應摒棄傳統操作系統教材中過時的知識，代之以現代操作系統中普遍采用的設計原理與實現技術。例如，摒棄作業和作業管理內容，強化進程、線程、進程管理和線程管理內容。學生所學的內容與實際使用的操作系統相一致，可調動學生的學習積極性和主動性，提高教學效果。第二，目標明確，重點突出。基于大學教育應努力實現知識、能力、素質三者辯證統一的目標，教師把編寫的重點放在基礎知識、基本技能和基本方法上，這樣才能提高學生的理論素養和分析問題、解決問題的能力。與此同時，教師應注重向學生介紹最新的技術和方法，以拓展學生的知識面，激發學生的學習積極性和創新意識。第三，科學性與通俗性相結合。教師對概念、原理與技術的闡述要力求準確、精煉;對抽象的理論要力求用生動形象的實例加以說明，盡量通俗易懂、深入淺出、圖文并茂，變抽象為具體，以便于學生理解。第四，精心設計習題。教師應根據教學內容，精心設計習題，既要有概念原理的理解與鞏固型習題，又要有設計型實驗習題，突出理論與實驗的結合，以培養學生的工程實踐能力和創新能力。第五，以講義為主線，參考教材為補充。在每一章的講義中，在突出重點的同時，教師應對相關知識點推薦相關閱讀材料，重點推薦1—2本中文教材和1—2本英文教材作為講義的必要補充。英文原版教材更新速度快，理論、技術和概念新，有些是由操作系統設計者直接撰寫的，教師應鼓勵學生直接閱讀英文原版教材，領悟操作系統真諦，提高學習興趣，激發創新熱情。

4.教學手段的改革

傳統的教學手段單一，理論與實際脫節，“灌輸式”教學方式強調“授魚”，而忽視了學生能力的培養和提高，難以調動學生的積極性，致使學生缺乏對操作系統課程的學習興趣，難以掌握操作系統原理的精髓，因此積極探索形式多樣的教學方式具有十分重要的意義。

教學手段改革的目的就是要轉變“授魚”為“授漁”，提高學生自身的綜合素質，培養學生的創新能力。圍繞教學大綱，教師應采用多元化的教學手段:傳統的課堂教學、多媒體教學、網絡教學、雙語教學、網上作業、網上答疑、BBS論壇、操作系統資源網站、工程研發等。

教師可采用以下教學方式提高學生的學習興趣，培養學生的創新能力。第一，啟發式與互動式教學。教師可根據課程內容，分別采用:教師主講、師生互動，學生報告、師生互動與教師總結;分組討論與師生互動，分組辯論及教師評判等方式。教師應增加學生參與互動的機會，變被動參與為主動參與，調動學生的積極性，激發學生的創新熱情。為了提高教學效率和教學效果，教師需要對教學內容精心挑選，有效地組織和充分地準備。第二，借助多媒體技術和網絡技術提高教學效果。教師應利用形式多樣的多媒體表現形式，將抽象的概念和原理以生動形象的圖形、動畫等形式展現出來，變抽象為具體，提高學生的學習興趣。教師可采用網絡輔助手段，利用網絡課件、網絡作業、網絡測驗、網絡答疑、電子郵件和案例設計等多種手段提高交流和互動的機會。第三，重視實驗教學，提高創新能力。教師應設計多層次實驗，包括基礎理論模擬實驗、設計性實驗和課程設計型綜合實驗。教師可將課內、課外結合，鼓勵學生組成興趣小組，激發學生的學習興趣和合作精神。第四，拓展課外教學，直接參與科研。教師可鼓勵和推薦學生參與教師的科研，或到企業參加操作系統設計和開發工作，提高學生的科研能力和創新能力。

5.改革實驗教學與提高學生的創新能力

在操作系統的教學中存在重視理論教學而輕視實踐教學的現象，這使很多學生誤以為操作系統的學習就是記憶知識點，缺乏學習興趣，不利于創新人才的培養。加強實驗教學可增強學生對操作系統原理的理解，提高學生的動手能力和創新能力，因此教師在操作系統課程教學過程中應采用分階段、分層次設計的實驗體系，全面培養學生的創新能力。

本課程的實踐教學分為三個階段、四種類型，即課程實驗、課程設計和專業設計三個階段，體驗型實驗、理論驗證型實驗、綜合設計型實驗和創新型實驗四種類型。筆者在教學過程中同步進行課程實驗與課程教學，以體驗型實驗和理論驗證型實驗為主。體驗型實驗的目的是讓學生熟悉目前的主流操作系統，如Unix、Linux和Windows等。筆者在體驗型實驗教學中設置了系統安裝、配置、命令使用和系統調用等實驗內容，激發了學生的學習興趣，增強了其對理論學習的熱情。理論驗證型實驗的目的是讓學生加深對課程中理論原理和算法的理解，主要包括處理器調度、虛擬存儲管理、磁盤驅動調度、文件管理、進程同步、死鎖檢測與解除等驗證型實驗。課程設計作為一門獨立的實踐性課程開設，筆者將其安排在操作系統課程結束后進行，以綜合設計型實驗為主，輔以創新型實驗。綜合設計型實驗的目的是培養學生對實際操作系統的綜合分析、方案設計和操作系統設計的能力。筆者重點分析開源Linux系統內核源代碼并設計出相關系統模塊，培養學生的綜合設計能力，激發學生的創新能力，為系統開發奠定基礎。對專業設計，筆者安排在四年級的第一學期，以創新型實驗為主，目的是培養學生的創新能力。實驗型實驗是結合教師的科研項目，以項目的方式下達和管理，沒有固定方法。筆者要求學生根據任務書的要求，利用軟件工程的設計方法，自行進行需求分析、擬定項目規劃設計方案并組織實施，從而體現了實驗過程的設計性和工程性，培養和鍛煉了學生的獨立工作能力和創造性思維能力。

為了達到預期的效果，教師需要對實驗內容、實驗環境、實驗步驟和考核內容及指標進行精心組織和準備，嚴格管理。對綜合型和創新型實驗，教師應鼓勵和引導學生積極討論，相互合作，培養學生的團隊精神、創新能力。在實驗中，教師應及時檢查學生的實驗成果，必要時引導學生尋找更好的實驗方案。實驗結束后，教師應要求學生撰寫實驗報告。教師應根據實驗過程中的討論，實驗結果的檢查，以及實驗報告質量和編程代碼質量評定學生的實驗成績。

6.結語

培養創新人才是大學的重要使命。以創新內容為核心的操作系統課程的教學理所當然地肩負著創新能力的培養。因此，教師通過教學內容、教學手段和實驗的改革，能達到培養創新能力的目的。根據上述改革思路，筆者經過多年的教學改革實踐取得了明顯效果，激發了學生的學習熱情，增強了學生的創新能力。在江蘇大學的操作系統課程的教學改革中，有多名學生發表了操作系統方面的學術論文，取得了相關的發明專利，多次在信息安全等全國性競賽中獲獎。

參考文獻:

[1]鞠時光.操作系統原理[M].武漢:武漢理工大學出版社，2004.8.

[2]何炎詳，熊前興.操作系統原理[M].武漢:華中科技大學出版社，2001.10.

[3]宋廣華，段健平，李善平.邊學邊干，教研結合[J].電氣電子教學學報，2006，28，(5):1-3.

[4]陸慶，蒲曉蓉.“計算機操作系統”實驗教學的改革與創新[J].計算機教育，2007，(11):61-63.

[5]駱斌，費翔林，葉保留等.“操作系統”課程教材建設與教學實施探討[J].計算機教育，2009，(14):47-50.

[6]葉俊民，朱凱，李蓉等.“操作系統原理”精品課程建設中的若干問題探討[J].計算機教育，2009，(14):33-35.