應用型本科操作系統教材建設研究

　　文章編號：1672-5913(2011)21-0094-04 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　作者簡介：范輝，男，教授，碩士生導師，研究方向為智能虛擬環境、計算機輔助幾何設計。
　　
　　摘 要：教材建設是課程建設和人才培養的核心，本文以“十一五”國家級規劃教材《操作系統原理與實訓教程(第二版)》為背景，重點討論應用型本科操作系統的課程目標、教材的組織結構等，以及應用型本科操作系統課堂教學實施中的有關問題，希望對同行有所啟示。
　　關鍵詞：操作系統；教材建設；應用型本科；精品課程
　　
　　
　　1 研究背景
　　操作系統是現代計算機系統中必不可少的系統軟件，控制和管理計算機的所有資源，為用戶提供方便，是用戶開發和使用應用軟件不可缺少的支撐環境。操作系統課程是計算機專業的一門專業主干課程，主要研究操作系統的基本原理和實現方法，是計算機專業學生知識結構中的重要組成部分。但其教材和教學從歷史到現在一直存在很多問題，需要探討。
　　國家教育部強調對不同院校、不同層次的學生采取分類指導的原則，但目前很難找出適合于應用型本科院校的操作系統教材。現有教材大多注重理論，對實際應用比較忽視。這無疑增加了學生學習的難度，降低了教材的實用性。因為操作系統原理中的很多概念比較抽象，而大部分應用型本科學生今后并不參與操作系統的研究工作，他們需要的是對理論的理解和對實用系統的靈活應用。因此，選擇一本適合應用型本科教學用的操作系統教材，是一件十分重要的事情。
　　2 課程目標與定位
　　應用型本科教育[1]不是低層次的高等教育，而是高等教育中區別于研究型和工程型的一種新型教育層次。計算機應用型本科人才具有獨特的人才規格特征，概括起來就是“三高一德”，即高務實性、高應用性、高適應性和良好的職業道德[2]。
　　操作系統課程是培養學生計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現能力，以及計算機軟、硬件系統的認知、分析、設計與應用能力的重要課程。在認知層次上，基礎要求是對知識的記憶、理解和應用，而高層次的認知要求還包括對知識的分析、評價和創造。在操作系統領域，對科學型、工程型和應用型認知層次的不同要求，如表1所示。
　　
　　對于應用型人才，本課程重點培養學生在選型、配置、使用、管理方面的能力，以及分析、解決基于操作系統應用問題的實踐能力[3]。
　　3 教材的組織結構及特點
　　3.1 教材的組織結構
　　文獻[2]中對計算機應用型本科教材的6大特征進行了詳細論述，指出教材應從教學體系和知識結構上體現出兩個目標、四類課程、四種知識和四種能力。
　　(1) 兩個目標：計算機應用第一線工作的本科人才總目標；“三高一德”的應用型人才規格目標。
　　(2) 四類課程：基礎理論性課程(特點：變厚基礎為實基礎)；培養專業工作能力的核心課程；培養基本技術、技能的課程；提高就業能力的課程。
　　(3) 四種知識：專業基礎知識；專業技術知識；專業技能知識；通用職業知識。
　　(4) 四種能力：自我學習能力；創意創新能力；專業應用能力；社會適應能力。
　　《操作系統原理與實訓教程(第二版)》[4]共8章。第1章概述操作系統的內容；第2~5章講述操作系統
　　
　　的基本功能——處理機管理、存儲器管理、設備管理和文件管理；第6章介紹操作系統的研究熱點和難點——安全性問題；第7章為實訓基礎；第8章為實訓內容。具體的組織結構如圖1所示。
　　3.2 教材原理篇的特點與細節
　　《操作系統原理與實訓教程(第二版)》的主要特點是專為應用型本科計算機專業學生編寫的操作系統教材，通俗易懂、圖文并茂、注重理論與實踐相結合。特別是書中多處引用了源于生活的例子，對于學生理解操作系統原理中的一些重要而抽象的概念以及掌握進程同步互斥問題等學習難點大有裨益。
　　
　　1) 例1：程序的并發執行。
　　第二章“處理機管理”的2.1節“程序的并發執行”，將教師在實驗室指導學生學習過程和多道程序系統進行類比。
　　“……上實驗課時，每組學生要執行整個實驗的各個步驟，宏觀上，各組同時進行實驗。但是，實驗室中有些貴重的儀器數量很少，大家只能輪流使用。指導老師更是寶貴的‘資源’，且沒有‘分身術’，除了統一講解共同性的要點外，對于各組提出的具體問題，只能夠逐組指導。各組的實驗，有條件時做下去，碰到困難等待老師指導或者排隊使用共享儀器時，只好停下來。因此，在微觀上，各組的實驗是‘做做停停，停停做做’的。多道程序系統中的作業也是如此‘走走停停，停停走走’的……”
　　2) 例2：分頁式存儲管理。
　　第三章“存儲器管理”的3.1節“分頁式存儲管
　　
　　理”用旅游團安排客房的例子來說明內存分配問題。
　　“……假設一個大型飯店，所有的客房都是標準的雙人間，部分客房已經住進客人，現在又有一個旅游團要求入住。接待員統計了一下，對旅游團領隊說：‘貴團全體成員都能住下，兩人一個房間，但是不能住在同一樓層了，因為每層空著的客房不夠，更沒有幾個挨著的。請原諒！’對于這樣的安排，一般人不會感到奇怪。因為旅游團本來就是由一個個單獨的游客或一對對夫妻組成的，而飯店的客房本來也是兩人一間的，兩人一組，正好可住在一個客房里；另外，飯店幾乎每天都有入住和退房的客人，想在同一樓層找幾間挨著的客房實在不容易……”
　　3) 例3：I/O控制方式。
　　第四章“設備管理”的4.2節“I/O控制方式”在講解DMA控制方式時用生產工人的生產流程進行比喻。
　　“……DMA控制方式類似于生產人員停下生產，
　　
　　由其他人員利用生產車間的設備，一次性將這批產品裝上車運走，然后生產人員繼續生產……”
　　3.3 教材習題與實訓篇的特點與細節
　　根據高等院校應用型本科教育“理論夠用、注重實踐”的特點和要求，除了對基本原理做講解和介紹外，書中還安排了大量的例題和習題，并且所有的習題書后均附有習題解答，便于培養學生的自學能力。另外，結合主流操作系統平臺教材組織了多層次豐富的實訓內容，以培養學生的專業應用能力和創意創新能力。
　　
　　習題內容按照教學大綱要求掌握的知識點組織，題目的難度高低不同，分為填空、單項選擇、多項選擇、判斷、名詞解釋、簡答和綜合應用7類，如表2所示。其中，前6類屬于基礎題，再加上難度適中的綜合應用類題目，作為必做作業，要求全體學生掌握；對于較難的綜合應用類題目，僅供學有余力或打算考研的學生選做，這類習題的選擇主要來自于各高校的歷年考研例題，并在此基礎上篩選及修改，對學生綜合應用專業知識的能力要求較高。
　　
　　對于實訓部分的內容，課題組在文獻[5]中結合實訓平臺進行過詳細論述，在此就不展開了。
　　4 課堂教學中的分層次教學
　　事實表明，應用型本科院校中存在一部分學生，畢業后可能參加計算機專業研究型或工程型的工作，如參加研究生考試，進入研究型大學攻讀碩士研究生等。盡管這部分學生在整體中所占比例不高，一般不超過20%，但在教學過程中，還必須考慮到這部分學生的學習需求，進行分層次教學。我們的方法如下：
　　1) 在課堂教學過程中，隨時指明哪些教學內容是必學部分，哪些內容是選學部分，供學有余力的學生學習。
　　2) 對學生布置不同的課后習題任務，在要求全體學生完成必做習題的基礎上，要求考研的學生獨立完成教材中的選做習題，并針對選學內容及選做習題中的問題，在課后指定時間單獨進行答疑。
　　
　　3) 在實訓過程中，要求全體學生對應用級、系統管理級、觀察級和實現級實驗全部獨立完成，而對源代碼閱讀級實驗，則要求學生分組協作完成。實踐證明，只要教師把好質量關，學習程度各異的學生經過上述實訓，專業應用能力和創意創新能力都能得到大幅度提高，并且對操作系統原理篇的內容也都會有更深刻、更正確的理解。
　　5 結語
　　山東工商學院操作系統課程組一直在應用型本科教學中進行著探索與實踐，取得了一定的成績，在全國應用型本科院校中起到一定的示范作用，并于2009年被評為國家級精品課程。《操作系統原理與實訓教程(第二版)》經過近百所高校多年的實踐教學，也證明適合于應用型本科院校的教學，到目前為止，兩版教材已累計印刷5萬冊，被評為“十一五”國家級規劃教材，并獲2009年山東省優秀教材一等獎。課題組成員將繼續努力探索，在應用型本科操作系統教學及計算機專業教學中發揮更大的作用。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 夏建國，劉曉保. 應用型本科教育：背景與實質[J].高等工程教育研究，2007(8)：8-9.
　　[2] 周廣聲，嚴曉舟，焦金生. 應用型本科高校計算機專業教材建設若干問題的研究[J].計算機教育，2010(5)：108-111.
　　[3] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會.高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案[M].北京：高等教育出版社，2010：274-275.
　　[4] 范輝，謝青松. 操作系統原理與實訓教程(第二版).北京：高等教育出版社，2011.
　　[5]