信息技術影響下的操作系統課程教學

摘要：操作系統是計算機科學與技術專業的核心課程，也是計算機系統中最重要的軟件。以Linux為代表的開源軟件和嵌入式技術的不斷發展豐富了操作系統內容。文章分析技術發展和社會需求變化對操作系統課程教學的影響，并從理論教學和實踐教學兩方面給出一些改進方法。

關鍵詞：信息技術；計算機科學與技術專業；操作系統；教學

文章編號：1672-5913（2013）03-0097-04

中圖分類號：G642

1 背景

操作系統是計算機科學與技術專業的核心課程。針對計算機科學與技術專業學生量大和社會需求面寬的現實，教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制了《高等學校計算機科學與技術專業戰略研究報告暨專業規范（試行）》，鼓勵辦學單位對畢業生進行4個方向的分類培養，即計算機科學、計算機工程、軟件工程以及信息技術。文獻1構建了計算機科學與技術專業4個方向的公共核心課程，其中操作系統是8個知識領域之一。近20年來，隨著網絡技術、嵌入式技術、多媒體技術等新技術的興起，各高校新增不少對應課程，但是操作系統作為計算機專業的核心課，依然是一門重要課程。

信息技術是管理和處理信息所采用各種技術的總稱，它與計算機關系緊密。操作系統是計算機系統中最重要的軟件，而近年來以Linux為代表的開源軟件和嵌入式技術的不斷發展，對操作系統的發展有較為明顯的影響。

2 信息技術與操作系統課程教學

信息技術內容較為豐富，但我們不是探討信息技術的發展，而是分析信息技術與操作系統課程教學的關系。我們主要關注2個方面：1）教與學過程中涉及的信息技術；2）專業培養計劃中相關的課程。另外，操作系統課程是培養學生的計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實踐能力，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，因此我們仍然認為操作系統課程教學要以“全面地了解和掌握操作系統的目標、作用和模型，從資源管理的角度領會操作系統的功能和實現過程”為主線索完成課程教學。

2.1對教與學的影響

通過微軟中國和Linux中國等網站，教師可以了解與操作系統相關的新聞、技術和技巧，提高教學內容的吸引力。對于大部分學生來說，他們有較多的時間花在網絡上，因此教師布置一些需要通過搜索信息或者訪問一些課程相關網站才能完成的作業，既有利于引導學生合理利用課余時間學習該課程，又有利于提高學生的信息檢索能力。

2.2軟件開發平臺對教學內容的影響

操作系統課程具有理論與實踐并重、系統與模塊并重、設計與應用并重和內容廣泛且知識更新快等特點。對于一部分計算機專業的學生，軟件開發可能是他們將來的就業方向，因此學生從軟件開發平臺的角度理解操作系統課程是有必要的。在Windows NT之前，程序設計類課程的教學平臺多是Turbo C，之后是Visual Studio 6.0，現在是.NET框架。在計算機軟件工程師眼里，操作系統是一個提供一系列系統調用（或API）的基礎性軟件，因此教師在相應的章節教學中注意這些變化是可以提高教學效果的。

2.3開源軟件對教學的影響

隨著開源軟件在世界范圍內的影響力日益增強，Linux在服務器、桌面、行業定制等領域獲得長足發展，尤其在服務器領域已取得令人矚目的成就。作為較早開放源代碼的軟件，Linux將引領未來軟件發展的方向。基于Linux開放源碼的特性，越來越多大中型企業及政府投入更多的資源開發Linux。Linux是一個類UNIX操作系統；由于UNIX是世界上使用最普遍和發展最成熟的操作系統之一，Linux作為UNIX的克隆版本使得Linux用戶可以從很多方面得到支持和幫助。

考慮到Linux在不同領域中應用得越來越廣泛，因此我們培養學生在Linux環境下編寫程序的能力，是一項面向就業市場和對廣大計算機相關專業本科生有著重要現實意義的工作。如果實踐教學平臺是基于Windows操作系統的，那么一個不足就是Windows的集成開發環境屏蔽了細節的實現，它不利于學生對程序代碼編譯和調試的理解，即不利于學生程序設計能力的培養，而Linux編程環境則可以很好地彌補這個不足。此外，我們可以從各種途徑找到Linux的內核和應用軟件的源代碼，對這些代碼進行分析與運用也是培養程序設計能力的途徑之一。

2.4嵌入式技術對教學的影響

嵌入式系統是一類特殊的計算機系統。計算機系統由硬件系統和軟件系統組成，其中操作系統是最重要的軟件。分析嵌入式系統和嵌入式開發過程的特點有助于我們更好地思考操作系統課程教學。智能手機是一種較為典型的嵌入式技術，而智能手機軟件開發則隨著智能手機越來越廣泛地被使用而得到關注。因此，在各個章節的教學過程中，如在內存管理這一章，教師可以對比通用型操作系統與嵌入式操作系統中相應內容的不同點，運用對比教學法提高教學效果。

3 操作系統課程的理論教學

操作系統是計算機專業的基礎課程，一般來說，其后續課程有嵌入式系統技術、網絡通信技術、數據庫技術、Linux環境編程、.NET等。因此，研究操作系統與其他專業課程的結合點，完成操作系統作為其他專業課程背景知識和基礎知識的教學內容組織，對于后續課程教學及提高學生對這門課程的學習興趣有重要意義。

3.1突出原理，加強理解

操作系統課程的教學要使學生理解并掌握基本原理，適當了解該課程涉及的前沿知識和技術。對于教學來說，學以致用是最重要的。搜索引擎使得信息獲取相對容易，因此教學過程的側重點將由強調對知識點的記憶轉向對知識點的理解，即由傳統的先記憶而后理解，轉變到信息時代的先理解而后記憶（如果忘了知識點的內容，憑借無處不在的搜索引擎，可以根據記憶碎片查找到知識點），并將內容分成原理性知識和具體實踐2類。對于前者，要抓住其內容本身變化不大的特點，不斷精煉教學內容，使其通俗易懂。

由問題出發講授相關原理是一種常見的教學方法。比如，由“多任務并發執行如何完成”這個問題，可以引出中斷和進程等概念。換個角度說，這是引導學生根據問題提出方案，營造一個“學習型”教學氛圍的方法。突出原理，也是突出原理所解決的問題。有了學習上的“問題”，那么引導學生使用搜索引擎提高對原理的理解，則是信息技術影響下理論課教學的一種新方式。

3.2圍繞課程間的結合點，提高學習興趣

“紙上得來終覺淺”，理論教學要結合實踐教學才能加強學生對理論的理解。操作系統的理論內容較為豐富，因此實踐教學的課時相對較少。操作系統后續課程偏向應用實踐，如果教師能夠對課程間有聯系的知識點有意識地理清并講透，那么在進行相應課程授課時就可以使學生對這個知識點加深理解。

與實踐教學聯系緊密的知識點能夠引起學生較大的學習興趣。對于嵌入式系統技術、網絡通信技術、數據庫技術等后續課程，教師如果能在操作系統課程教學中回答操作系統為網絡通信提供了什么、為數據庫系統提供了什么功能模塊、操作系統與嵌入式軟件系統是什么關系等問題，則會大大提高學生的學習興趣。

從與其他專業課程的結合點出發，相關知識點的講述要有詳細及概要之分，如對后續課程中的核心內容可概要講述，而對后續課程中與操作系統原理相關的內容可詳細講述。

3.3設計平時作業，改進考核方式

在教學過程中，考核方式對于引導學生學好相應課程具有重要作用。教師可以改進考核內容，減少對記憶性知識的考核，加大綜合運用知識分析和解決問題的能力考核，在檢驗學生掌握基本知識的同時，注重學生思維能力、實踐能力和創新精神的培養。過去的考核方式大多以期末筆試為主，適當考查實驗報告和平時課堂表現。我們嘗試改革“重期末、輕平時”的課程評價模式，將課程考核貫穿教學全過程，增加平時作業在考核中的比重，把平時成績占課程總成績的比例提高到50%～60%；根據課堂進度布置相應作業，以讓學生了解相應的前沿知識和一些擴展知識。

改進考核的方式可以從以下3個方面著手：①布置與課程進度相關的作業；②利用網上的資源如源代碼資源，布置一些功能實現復雜的作業；③在有網絡共享資源的前提下避免學生抄襲，即定義考核標準。另外，建立相應的教學輔助資源庫，有助于制訂更合適的考核標準。

布置平時作業是引導學生拓展知識面的一種表現。課程教師在這個環節上的角色是“指路人”。比如，借助信息技術，通過布置作業引導學生了解操作系統的發展歷史，尤其是Linux和Windows的發展歷史；操作系統與編譯原理、軟件開發平臺的關系；操作系統與數據庫系統的關系；通用型操作系統與嵌入式操作系統的區別。

4 操作系統課程的實踐教學

計算機專業規范提出3種類型：科學型、工程型和應用型。操作系統領域對科學型、工程型和應用型3個認知層次有不同要求。操作系統實踐教學內容的安排，首先得服務于相應專業的培養計劃，我們就是在這個前提下討論教學。對于實踐教學的研究，我們應該根據專業定位，結合當代信息技術的特點，合理設計實踐教學輔導材料，以加強實踐教學效果。

4.1從應用角度考慮實踐教學

教師從實際的應用軟件開發出發改進實踐教學內容，可包括2個方面的內容：①實際軟件開發過程中，操作系統很多功能都是以各種各樣API形式出現的，因此操作系統課程的理論在實際應用中往往表現為一個個的函數名，用戶通過設置這些函數的具體參數使用操作系統的功能模塊，但這會導致學生誤認為操作系統理論不重要；②在系統架構的層次上，很難說明是操作系統的哪個知識點產生了作用，但必須要有對操作系統較為準確和透徹的理解才能完成系統架構。

4.2作好前后課程的銜接

綜合性、設計性實驗項目開發分為2個層次：①對于層次較低的實驗項目，學生需要在前期課程如程序設計基礎和數據結構的知識基礎上，結合自身對本課程中算法的理解并參考網絡上的一些資源和代碼，進而完成實驗內容；②對于層次較高的實驗項目，根據教師從實際生產項目中提出的問題，如教師自己的項目及大學生創新訓練平臺提供的項目，學生有針對性地分析問題、建立模型、設計算法并完成實驗。

教師需從與其他專業課程的結合點出發，作好操作系統課程實踐教學與后續課程的銜接。一方面，本課程實踐教學以加強學生對操作系統原理的理解為主；另一方面，后續課程既要避免不必要的重復性實驗，又要適當地復習前面操作系統課程知識點和重復一些重要的知識內容。

4.3Linux程序開發平臺

Linux程序開發平臺在操作系統實踐教學中是輔助手段，不是實踐教學的主要內容。學生需要在2個層次上進行學習：1）根據實踐教學輔導材料自學Linux的一些簡單字符操作，了解Linux下集成開發環境的搭建、程序設計語言的運行流程、程序設計語言的編譯等；2）利用Linux自帶的一些共享代碼，有選擇地學習Linux初始化過程分析、Linux文件系統分析等。

總之，操作系統實踐教學內容要分層次，既要保證大部分學生對于原理的理解，又要兼顧熱愛積極探索的學生的需求。

5 結語

操作系統課程具有自身的特點，與編譯原理、數據結構、數據庫原理及應用等專業核心課程相比較，操作系統課程有概念解釋相對繁瑣、缺乏嚴密的數學模型（與編譯原理相比）、難以設計與課程聯系緊密的程序設計作業（與數據結構課程相比）、與實際工作直接聯系少等特點。操作系統課程的這些特點使得它顯得晦澀難懂。結合新技術，有效組織課堂教學內容；考慮前后課程的銜接，有層次地設計實踐教學內容；合理布置平時課堂作業，改進舊的考核方式等，可以起到激發學生學習積極性和提高教學效果的作用。當然教學是一個實踐的過程，需要在實際教學中逐步完善，因此有待我們進一步努力。

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（編輯：宋文婷）