云計算支持的操作系統(tǒng)課程教學模式探索

歐陽純萍　陽小華　余穎　李曉昀

摘 要： 操作系統(tǒng)課程因其內容抽象，與計算機硬件知識結合緊密等特點，被普遍認為是一門難教、難學的計算機專業(yè)核心課程。結合目前在教育領域廣泛應用的云計算技術，從任務驅動式理論教學、自主式教學內容擴充、分層式教學實踐三個主要環(huán)節(jié)對操作系統(tǒng)課程教學進行全面的改革和實踐。實踐證明該教學模式提升了學生對課程重點和難點的掌握程度，也提高了學生的自主學習能力，達到了計算機專業(yè)人才素質教育的目的。

關鍵詞： 操作系統(tǒng)； 云計算平臺； 理論教學模式； 教學實踐改革

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）08-70-02

Research on teaching model of "operation system" course based on cloud computing

Ouyang Chunping， Yang Xiaohua， Yu Ying， Li Xiaoyun

（College of computer science and technology， University of South China， Hengyang， Hunan 421001， China）

Abstract： The content of "operating system" course is abstract and closely related to computer hardware. "Operating system" is widely considered to be a difficult core course of computer major for both teachers and students. In this paper， a reform scheme of applying cloud computing to "operating system" course teaching is proposed， which includes task-driven theoretical teaching， autonomous teaching content expansion， and layered teaching practice. The practice shows that this teaching mode can help students to master the course emphasis and overcome difficulties， improve students' autonomous learning ability， and it may promote the development of quality education in computer professional objective.

Key words： operating system； cloud computing； theoretical teaching model； teaching practice reform

0 引言

“操作系統(tǒng)”課程是計算機專業(yè)的核心課程之一，計算機硬件基礎、程序設計語言、數據結構、、軟件設計和計算方法等多門課程均是它的前導課程。“操作系統(tǒng)”課程具有概念抽象、理論性和實踐性強等特點，對提高學生的思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力具有十分重要的意義[1]。云計算是計算機領域新興的一種理念和技術，“云計算輔助教學”則是云計算技術在教育教學領域的新應用場景。云計算平臺的虛擬化及通用性的特點將為高校發(fā)展網絡輔助教學提供改革與創(chuàng)新的契機[2]。因此，我們提出了利用云計算技術搭建操作系統(tǒng)教學輔助平臺，從理論學習、課外自學以及課程實踐等三個方面進行操作系統(tǒng)教學模式的柔性化改革，以求取得良好的教學效果，適應素質教育的發(fā)展，提高學生的綜合能力。

1 操作系統(tǒng)課程教學的現狀

歸納目前“操作系統(tǒng)”課程教學模式的特點有以下[3-4]。

⑴ 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學偏重于理論知識的講解，內容抽象且龐雜，學生很難將這些抽象的理論知識與實際操作系統(tǒng)中的功能一一對應。由于不能與實際系統(tǒng)相結合，使得學生無法系統(tǒng)地掌握課程內容，造成了學生對課程學習的畏難心理。

⑵ 操作系統(tǒng)課程的理論教學主要采用的是課堂授課方式，教師是知識的權威者，是傳授知識的主體，因而形成一種“灌輸式”的教學方法。啟發(fā)式、案例式、討論式等教學方法采用較少，缺少自主思考空間，使得學生對本來就晦澀難懂的操作系統(tǒng)原理知識更加難以消化理解。

⑶ 理論授課與課程實踐獨立開展是操作系統(tǒng)課程實踐中普遍采用的模式。操作系統(tǒng)課程實踐環(huán)節(jié)往往放在所有理論課程結束之后，集中10個課時完成一些主要算法的實現。然而有些內容在理論學習階段就一知半解，有些甚至已經被學生忘之腦后，由于實踐學時有限，最終學生都以交差的心態(tài)完成實踐任務。所以這種將理論與實踐完全割離的教學方式，難以幫助學生建立起完整的課程知識體系。

現代化網絡信息設施的缺失，不能為師生提供一個貫穿整個操作系統(tǒng)課程體系的交流平臺，學生的疑問不能得到及時的解答，前面的知識尚未掌握又被灌輸新的知識，長而久之，將導致實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)的失敗[5]。因此，計算機操作系統(tǒng)課程的教學方法和實踐模式的柔性化改革勢在必行。Google云計算平臺是一個面向非技術人群的所見即所得的網絡平臺，基于它搭建的輔助教學平臺，將使學生不再受時間、地點的束縛，只需通過網絡和簡易的終端設備就可以在線查看“云端”的電子教案、教學視頻，還可以實現多人協(xié)作討論及實驗。這種云計算支持的輔助教學方式，可以解決“操作系統(tǒng)”課程教學中理論抽象難懂，教師灌輸式教學、實踐滯后脫節(jié)等一系列問題[6-7]。因此，我們提出了基于Google云計算的教學輔助平臺為基礎的“操作系統(tǒng)”課程教學模式的柔性化改革新思路。

2 操作系統(tǒng)課程改革的具體實施環(huán)節(jié)

筆者結合多年的操作系統(tǒng)課程教學經驗，對如何實施云計算支持的“操作系統(tǒng)”課程改革提出幾點建議，具體思路可分為以下三個環(huán)節(jié)。

2.1 互動式理論教學模式的柔性化改革

在我國傳統(tǒng)的課堂教學模式中，教師通常作為主體，采用提示、引導、滲透、歸納、分析等方式一味地向學生灌輸理論知識，培養(yǎng)的學生雖基礎扎實，但其獨立思考能力和創(chuàng)造能力都被嚴重束縛。而且由于操作系統(tǒng)課程中理論知識的抽象性，灌輸式的教學更加使得課堂上的2個課時的理論授課變得緊張，學生難以消化。為了提高課堂教學效率，強調學生主體地位，及時發(fā)現學生理論學習中的問題，我們考慮建立一個基于Google教育云套件的教學輔助平臺，為啟發(fā)式、案例式、討論式等教學方法的實施提供信息支持。

首先，利用Google教育云套件制作課程教學輔助網站，分成教學任務詳解、課前任務解析、課后教學評價、前沿知識解讀、實踐教學社區(qū)與教學資源中心等幾大模塊。在每堂課開始之前，準備幾個與重點內容相關的，學生容易理解的日常生活中的實例設置問題，如：進程同步問題與馬路上十字路口信號燈的關系、磁盤訪問的移臂算法與電梯移動的相似性特征等問題等。學生可以登錄網站中的課前任務解析模塊，瀏覽本次課的重點內容及需要討論的問題，讓學生有充足的時間對問題進行思考和查閱資料。在課堂上安排學生對課前準備的問題展開討論，鼓勵學生互相提問。在課堂討論的過程中，教師只是起到引導作用，可以參與學生的探討，而非直接給出答案。

其次，教師課后把這節(jié)課程所使用的教學文檔和相關素材等上傳到輔助教學平臺中的教學資源中心進行共享，學生可以在課后自由瀏覽、查看和下載。這種問題驅動式和互動式教學方式，增強了師生互動，既培養(yǎng)了學生自主學習的能力，也激發(fā)了學生學習操作系統(tǒng)課程的興趣。

2.2 開放式教學內容擴充的柔性化改革

教學中不僅要歸納基本教材的主要知識點，還要結合當前課程教學的新知識，積極引導學生有效利用各種現代化資源，隨時跟蹤了解國際操作系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)和熱點、難點問題。課堂的二小時教學內容畢竟有限，除基本知識點外，無法涵蓋大量的擴展知識點，所以在教學內容的改革環(huán)節(jié)，我們仍然利用基于Google教育云套件的課程教學輔助平臺，為學生提供自主協(xié)作學習環(huán)境，通過發(fā)揮學生的主觀能動性獲取一些與當前國內外操作系統(tǒng)發(fā)展相關的前沿知識，從而形成對課堂基本知識點教學內容的有效補充。

在教學輔助平臺中的前沿知識解讀模塊，教師設定一些可選的與目前操作系統(tǒng)實際應用相關的專題分類，例如新興的Android手機操作系統(tǒng)原理介紹，Mac操作系統(tǒng)與Windows操作系統(tǒng)的實例比較，以及多核操作系統(tǒng)的實現機理和設計思想等。學生在給定范圍內自主選題，然后組成研究學習小組（3-4人為一組），利用各種參考資料和google docs文檔云服務，對某個前沿專題展開協(xié)作學習和研究，并撰寫報告。在以小組形式完成報告的過程中，學生必須進行協(xié)作交流和討論，這樣可有效地培養(yǎng)學生運用信息技術解決學科問題的能力，提高了學生自主學習的積極性，也擴大了其理論知識面，建立了更全面的課程知識體系。除此之外，教師可利用云計算教學輔助平臺，創(chuàng)建基于Web的操作系統(tǒng)習題庫及測試平臺。該平臺將從習題庫中隨機抽取多道不同類型的題目，自動生成一套測試題，在學生提交答案后，可以實時進行糾錯和評分。這種開放式測試平臺可以幫助學生隨時進行知識點的查漏補缺，可以作為課堂教學的有效補充。

2.3 分層式課程實踐的柔性化改革

對于課程實踐的改革，我們設計六個主題實驗，涵蓋了計算機操作系統(tǒng)原理中的重要概念與方法，如進程創(chuàng)建、進程同步、處理機調度、文件管理、存儲管理及設備管理等核心內容。這些主題又可以劃分為算法驗證和系統(tǒng)設計兩個不同的層次。算法驗證主要針對單個知識點的教學實踐，如對處理機調度算法（FIFO、RR）、進程調度算法（FCFS、FPF）等進行編程實現。系統(tǒng)設計則是針對每個實踐主題開發(fā)模擬系統(tǒng)，如進程管理模擬系統(tǒng)，則會包括進程創(chuàng)建、進程同步，以及進程調度的多個算法的集成實現。在進行實踐教學時，學生以小組形式完成實驗任務，每個小組選擇一個主題，人數一般4-5人，要求學生通過云計算教學輔助平臺按組提交實驗報告及相應的代碼。

在課程實踐教學的改革中，我們借助云計算輔助教學平臺開發(fā)了實踐教學社區(qū)，向學生提供在線作業(yè)提交及嵌入式編譯環(huán)境的服務，同時也能幫助老師實時地掌握各小組課程實踐完成的進度，及時發(fā)現存在的問題，并通過教學社區(qū)提供的gmail郵箱服務、google talk實時通訊服務與學生共同進行方法探討。這種基于云計算的分層式課程實踐改革，無論從實踐內容還是實踐方法上都是具有創(chuàng)新性的。分層式的實踐內容設置，不僅讓學生通過算法驗證環(huán)節(jié)可以加深對每節(jié)課知識點的理解與掌握，也可以通過系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)提升學生對于操作系統(tǒng)整體知識體系的認識，幫助提高學生的實際軟件設計、編程能力?；谠朴嬎爿o助教學平臺的課程實踐方案，進一步增強了實踐環(huán)節(jié)中師生的互動，教師的實時檢查與評價可以充分調動學生的自主學習熱情。學生的在線系統(tǒng)開發(fā)與即時討論，不僅為課程實踐教學提供了便利的軟硬件平臺，也培養(yǎng)了學生及時發(fā)現問題，主動解決問題的多元能力。

3 結束語

在信息技術迅猛發(fā)展的時代，“操作系統(tǒng)”課程也應該與時俱進，為此，我們更新了教材中陳舊的內容，加入一些最新的計算機操作系統(tǒng)理論和技術，對傳統(tǒng)的灌輸式教學方法進行改革。所以，在制定“操作系統(tǒng)”課程理論與實踐教學的改革方案時，我們針對傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程教學中存在的問題，強調充分發(fā)揮學生的主體作用，利用信息技術豐富教學形式，把柔性化改革貫穿到理論教學模式，教學內容擴充，實踐教學改進等多個教學活動環(huán)節(jié)中，從而提高學生自主學習能力，使學生系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)課程理論知識，增強了學生創(chuàng)造性實踐的能力，提高了自身素質。

從課程改革實踐實施的角度，通過構建基于Google云計算教育套件的操作系統(tǒng)輔助教學平臺，充分共享學習資源，實現教師、學生之間學與導的有效互動，從而有效調動了教師教學、學生學習的積極性、主動性；通過自然親切的基于云端的輔助教學與答疑服務，及時為學生解決各種與課程相關的問題，幫助學生達到當天所學當天消化的目標；通過開發(fā)基于Google云的在線實驗平臺，使得分層式的教學實踐活動能夠順利開展，進一步提高了學生的動手能力與分析解決實際問題的能力。

本文提出的改革方案在2012-2013下半學年中對我校2011級計算機專業(yè)1-4班的學生進行了試點，發(fā)現學生課堂積極性有明顯提高，教學進度張弛有度，學生普遍反應操作系統(tǒng)課程學習過程輕松愉快。通過對參與改革和未實施改革的兩個教學班級的期末考試成績進行對比分析發(fā)現，參與改革的班級不及格率比未實施改革班級降低了15%，而優(yōu)良率則增加了20%。把云計算技術應用到教育教學領域是課程教學模式改革的新思路，現階段仍處于探索階段，課程教學云平臺的建設以及實踐內容的設置仍需在今后的教學過程中進一步修改和完善，以便更好地實現云計算技術在其他課程中的推廣應用。

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