高校計算機操作系統課程游戲輔助教學研究

朱雪瑩

摘要：計算機操作系統是計算機科學與技術領域中的重要課程，涵蓋了操作系統的原理、設計和實現。在當今數字化時代，計算機操作系統的教育變得愈加重要，因為操作系統是計算機系統的核心，直接影響到計算機性能、可靠性和安全性。高校計算機操作系統課程的教學一直以來都是具有挑戰性的任務，教師們一直在探索各種方法來提高學生的學習效果和興趣。探討教師在游戲輔助教學中的角色、教學策略以及游戲如何幫助學生更好地理解和應用操作系統。

關鍵詞：高校；計算機操作系統；課程游戲；輔助教學

一、前言

在過去的幾年里，游戲輔助教學逐漸成為高校教育中的一種新趨勢，教育游戲不僅可以增加學生的參與度，還可以提供解決實際問題和團隊合作的機會，從而更好地培養學生的綜合能力。在計算機操作系統課程中，游戲輔助教學可以提供一種全新的方式來幫助學生理解和應用復雜的操作系統原理和概念。通過探究不同類型的教育游戲，思考游戲如何與操作系統課程內容相結合，可以為學生提供更具吸引力的學習體驗。游戲輔助教學不僅可以提高學生的學術表現，還可以增強學生的學科興趣，從而培養更具創造力和創新力的計算機人才。

二、高校計算機操作系統課程的特點分析

高校計算機操作系統課程的顯著特點是理論與實踐相結合，學生不僅需要理解操作系統的原理和概念，還需要親自進行實踐操作，所以要求課程既包括課堂理論教學，也包括實驗和項目作業，以確保學生的理論知識能夠應用到實際情境中，從而提高實踐能力。計算機操作系統是復雜而抽象的主題，是高校計算機操作系統課程的特點之一，學生需要理解操作系統的各個組成部分、功能和相互關系。計算機操作系統的復雜性和抽象性對學生的思維能力和分析能力提出了挑戰，需要學生具備較高的抽象思維水平。計算機操作系統課程通常涵蓋多種操作系統，如Windows、Linux和macOS等，多樣性能夠使得學生了解不同操作系統的特點和應用場景，培養了學生的跨平臺技能，學生將有機會比較和對比不同操作系統的優缺點，為將來選擇適合的操作系統做好準備。計算機操作系統課程強調系統性思維，能夠培養學生的系統設計和分析能力，使其能夠更好地理解和解決復雜的計算機系統問題。此外，計算機操作系統領域不斷發展和更新，因此高校操作系統課程也需要保持與行業趨勢的同步，課程內容需要不斷更新，以反映新興技術和挑戰，學生需要了解最新的操作系統發展，為學生在職業生涯中跟上行業動態提供了基礎[1]。

三、游戲輔助教學在高校計算機操作系統課程中的應用優勢

計算機操作系統課程一直以來都是高校計算機科學與技術專業中的重要組成部分，涵蓋了操作系統的原理、設計和實現，但是傳統的操作系統課程教學方式過于枯燥和抽象，學生通常面臨理論知識的理解和實際應用之間的難題。在該背景下，游戲輔助教學應運而生，為高校計算機操作系統課程注入了新的活力和趣味，其優勢包括：第一，提高學生參與度。游戲輔助教學在計算機操作系統課程中的應用能夠顯著提高學生的參與度。傳統的課堂教學通常以教師為中心，學生被動接受知識，而游戲化教學將學習過程變得更加生動和具體，學生可以參與其中，積極探索和解決問題。通過游戲，學生變成了課程的主角，其主體地位得到充分尊重，從而能夠提升學生學習主動性。第二，加強實際問題解決能力。游戲輔助教學不僅提高了學生的參與度，還加強了學生的實際問題解決能力。在操作系統課程中，學生通常需要面對復雜的問題，如內存管理和文件系統設計等，通過教育游戲學生可以在虛擬環境中模擬和解決問題，學生可以嘗試不同的解決方案，分析問題的根本原因，培養邏輯思維和問題解決技能[2]。第三，促進團隊合作。在計算機操作系統課程中，學生一般需要在團隊中協作完成項目和實驗，游戲輔助教學可以促進團隊合作，使學生學會協同工作，共同解決問題。教育游戲通常設計為多人游戲，學生需要共同制定策略、分工合作，并互相協助完成任務，團隊合作的經驗不僅有助于學術項目的完成，還能夠培養學生的溝通和協作能力，對未來職業生涯發展具有重要作用。第四，培養創新思維。游戲制作者需要構思新穎的情節和解決方案，以吸引玩家。在操作系統課程中，教育游戲可以鼓勵學生思考和設計新的操作系統功能和解決方案，通過參與游戲，學生可以培養創新思維和創造性解決問題的能力，對學生未來的研究和職業發展具有重要意義。第五，提供實踐經驗。操作系統是一個復雜的領域，理論知識需要與實際操作相結合才能更好地理解，教育游戲為學生提供了實際操作系統的機會，學生可以模擬操作系統的管理和維護工作。通過虛擬環境中的實踐經驗，學生可以更好地理解操作系統的運作原理，掌握實際技能，為將來的職業生涯做好準備[3]。

四、高校計算機操作系統課程中游戲輔助教學的應用策略

（一）選擇正確的游戲融入方式

為了在操作系統課程中引入游戲化元素，需要重新設計課程內容，使之更具互動性和趣味性，可以通過將課程內容進行轉化，例如學生可以被要求解決模擬的操作系統問題、管理虛擬資源、協作解決復雜任務。任務可以模擬實際操作系統，通過該方式學生將更容易理解和應用課程內容。在操作系統課程中，情節化教學是重要策略，通過創建連續的故事情節，將課程內容有機地融入其中，使學生更容易理解和記憶，例如可以設計虛擬操作系統世界，學生需要在該世界中完成任務和挑戰，如管理虛擬機器、調度進程等，情節化教學方式激發了學生的好奇心和興趣，使學生更投入學習。在操作系統課程中，虛擬實驗和模擬具有重要作用，通過使用操作系統模擬器或虛擬實驗平臺，學生可以在更加真實的環境中學習相關知識，實踐性的學習方式有助于加深學生對操作系統原理的理解，同時提供了安全的環境讓學生探索和實驗。在游戲化教學中，協作和競爭元素可以增加學生的互動和動力，學生可以分成小組共同解決復雜的任務，或者進行比賽來測試學生操作系統的技能，合作和競爭激發了學生的積極性，提高了學生的學習效果 [4]。

（二）操作系統課程教案設計

教學方法的創新一直是教育改革的重要一環，而將游戲化設計引入計算機操作系統課程似乎是個全新的嘗試。這種教學方法通過讓學生親身參與“游戲”，幫助他們更好地理解和掌握操作系統中的重要概念，如處理機管理和內存管理。

首先，教師可以通過設計一個角色來類比計算機中的CPU。在這款“計算機操作系統”游戲中，這個角色可能叫做“處理機戰士”，他有自己的技能，比如任務調度和進程切換。他的任務是在有限的時間內完成盡可能多的工作任務。工作任務（類比計算機程序）源源不斷地從一個稱為“任務隊列”的地方送來。處理機戰士必須根據各種任務調度算法，如先來先服務（FCFS）、最短作業優先（SJF）或優先權調度等，來決定處理任務的順序。在游戲中，學生可以在不同的調度策略下嘗試操作處理機戰士，親身感受不同策略下的優缺點和應用場景。

其次，內存管理設計。在游戲中，可以設計一個稱為“內存守衛”的角色。他的任務是管理系統內存的分配和回收。他有多種可能的技能，比如分段、分頁、虛擬內存管理等。這些技能允許內存守衛更有效、更安全地管理內存資源。他的工作需遵循各種內存管理算法，如最先適配、最佳適配、最壞適配等。學生可以通過在游戲中扮演內存守衛角色更透徹地理解內存管理的復雜性和重要性。

在游戲中，學生們需要參與挑戰和解決現實世界中計算機操作系統可能遇到的問題。例如，如何選擇合適的任務調度策略以優化CPU利用率、如何處理內存碎片的問題、如何實現虛擬內存以提升內存利用率等。在解決這些問題的過程中，學生們不僅將學到的理論知識應用到實際中，而且還可以通過親身體驗，更深入地理解操作系統中的一些原理和設計決策。

（三）結合課程內容優化游戲設計

在結合課程內容優化游戲設計之前，教師需要明確定義操作系統課程的核心概念和技能，仔細分析課程大綱，確定最重要的內容，然后將其作為游戲的關鍵要素。核心概念和技能明確后，接下來就是設計游戲化任務和挑戰，以傳達概念和技能，任務和挑戰應該與實際操作系統相關，能夠讓學生親身體驗和應用所學的知識。為了提高學生的參與度，游戲設計應該包括引人入勝的情景，情景教學可以激發學生的好奇心和興趣，讓學生更容易理解和記憶課程內容，例如可以創建虛擬世界，學生需要在其中解決一系列的操作系統問題，以解鎖新的任務和挑戰，情景教學方式使學習變得更具吸引力和有趣。為了在計算機操作系統課程中成功應用游戲輔助教學，需要引入游戲化元素，元素可以包括成就系統、排行榜、任務和挑戰等，學生可以在學習過程中獲得即時的反饋和獎勵，激發學生的興趣和動力。在計算機操作系統課程中，聯機協作游戲是一種有利的策略，該游戲要求學生在團隊中協作解決問題，模擬操作系統的真實環境，學生可以扮演不同的角色，如系統管理員、用戶或應用程序開發人員，共同解決復雜的操作系統問題，通過該方式學生可以實際應用在課堂上學到的知識，同時培養團隊合作和解決問題的技能，游戲設計可以幫助學生更好地理解操作系統的工作原理和互動，增強學生的實際操作技能。

（四）加強游戲輔助教學過程引導

為了確保學生能夠充分參與游戲化教學，游戲規則和指導應該清晰明了，教師應該向學生解釋游戲的規則、任務和挑戰，以便學生知道如何玩游戲并達到目標，從而避免學生因不明白游戲規則而感到困惑。在游戲輔助教學中，及時反饋對于學生的學習至關重要，教師應該為學生提供及時、具體、細致的反饋，告訴學生在游戲中的表現如何，以及如何改進，幫助學生理解錯誤并提供解決方案，通過提供有效的反饋和引導，教師可以幫助學生更好地理解和應用操作系統的知識。為了發揮游戲輔助教學的作用，教師可以提供額外的學習資源和支持，包括在線教程、參考資料和學習工具，學生可以在需要時訪問資源，以更好地理解操作系統的概念，額外的支持可以增加學生的學術成功概率和學習滿意度。游戲化教學鼓勵學生之間的合作和討論。

（五）開發游戲輔助教學平臺

在開發游戲輔助教學平臺之前，開發人員需要進行詳盡的需求分析，與教師、學生以及其他利益相關者合作，明確課程教學對于該平臺的期望和需求，包括課程目標、學生水平、教學資源、技術要求等，通過深入了解需求，能夠確保開發的平臺達到課程教學要求。游戲輔助教學平臺的核心是游戲引擎的選擇，合適的游戲引擎可以極大地影響平臺的性能和功能，開發人員應該評估不同的游戲引擎，考慮其支持的特性、易用性、性能以及社區支持等因素。常用的游戲引擎包括Unity和Unreal Engine，它們都提供了豐富的功能和廣泛的支持，適合用于教育領域的開發。為了讓學生更好地理解和掌握操作系統的工作原理，游戲輔助教學平臺應該包括虛擬實驗環境，環境需要能夠模擬不同的操作系統場景，允許學生在其中進行實際操作，虛擬實驗環境可以包括虛擬機、模擬操作系統等，使學生能夠安全地進行實際操作。不同的學生有不同的學習風格和節奏，因此游戲輔助教學平臺應該支持多樣化的學習方式，通過提供不同難度級別的任務、個性化學習路徑，以及不同的游戲模式來滿足不同學生的需求，提高平臺的適用性。游戲輔助教學平臺的開發不是一次性的任務，還需要定期地維護和更新，隨著操作系統領域的不斷發展，平臺的內容和功能也需要隨之更新，同時平臺應該及時修復漏洞和問題，以確保學生能夠順利使用，維護和更新是保持平臺長期有效的關鍵因素。開發游戲輔助教學平臺時，不僅要考慮游戲本身，還要提供多樣化的學習資源，包括教學視頻、文檔、在線討論板和互動實驗，以幫助學生更全面地理解操作系統的各個方面，并提供額外的學習支持。社交學習在高校教育中具有重要意義，所以游戲輔助教學平臺應當提供社交學習機會，可以通過多人在線游戲或合作任務來實現，讓學生相互合作，分享經驗和知識（見圖1）。

五、高校計算機操作系統課程游戲輔助教學的未來發展方向

隨著教育技術不斷發展，高校計算機操作系統課程中游戲輔助教學的未來發展方向正逐漸顯現，主要包含：第一，個性化學習體驗。未來的游戲輔助教學將更加注重個性化學習體驗，通過智能化技術，游戲平臺可以根據每個學生的學習速度、興趣和能力水平來調整游戲難度和內容，使學生能夠自主學習，根據自己的需求定制學習路徑，提高學習效率。第二，虛擬現實和增強現實的應用。虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術有望在游戲輔助教學中發揮關鍵作用，通過VR和AR，學生可以身臨其境地體驗操作系統的工作原理，觀察虛擬計算機系統的運行，以及實時與操作系統互動，能夠幫助學生更深入地理解操作系統的復雜性，提高學生的實際操作技能。第三，可訪問性和無障礙性。游戲輔助教學的未來將更注重可訪問性和無障礙性，開發者將致力于確保所有學生，包括有特殊需求的學生都能夠輕松獲得并參與游戲，將擴大教育的覆蓋范圍，使更多學生受益于游戲輔助教學。第四，全球化和多語言支持。未來的游戲輔助教學將更具全球化視野，游戲平臺將提供多語言支持，使學生可以用自己的母語學習，以此促進國際學生之間的文化交流和學習經驗的分享。第五，安全性和隱私保護。在教育技術發展的背景下，數據安全和隱私保護問題將變得更加重要，未來的游戲輔助教學平臺將加強安全性措施，確保學生的個人數據得到妥善保護，不受未經授權的訪問。

六、結語

綜上所述，游戲輔助教學在高校計算機操作系統課程中的應用具有明顯的優勢，不僅提高了學生的參與度和學科興趣，還培養了解決實際問題能力、團隊合作精神、創新思維和實踐經驗，有助于學生更好地掌握操作系統的核心概念和技能，提高學習成績，為未來的職業生涯打下堅實的基礎。因此，游戲輔助教學在高校計算機操作系統課程中的應用是一種有前景的教學方法，值得進一步研究和推廣。

參考文獻

[1]董錫臣，洪麗華.游戲化教學法在高職計算機類課程中的創新應用與研究——以“網頁設計”課程為例[J].職業技術，2023，22（02）：64-70.

[2]彭安然. 游戲教學法和教練法在中職計算機C語言程序設計課程中的應用[D].天津：天津職業技術師范大學，2022.

[3]邱望，梁莉菁.新工科背景下線上線下混合教學模式的探索與實踐——以計算機游戲程序設計課程為例[J].中國信息技術教育，2023（10）：100-103.

[4]藍萍.中職計算機應用基礎課程游戲化教學模式探究[J].電腦知識與技術，2022，18（05）：152-153.

作者單位：吉林警察學院

責任編輯：周航