“操作系统”课程教学改革与建设的研究与实践

赵正德　吴绍春　陶永振　钟紫鲮

摘要:本文较系统地总结了上海大学计算机学院“操作系统”课程组结合上海市重点课程建设项目进行的教学改革,尤其对“操作系统”课程的教学内容、教学方法、教学手段和实践动手与系统分析的能力培养进行了尝试,并介绍了课程建设的研究与实践取得的成果。

关键词:操作系统;教学改革;课程建设;能力培养

中图分类号:G642 文献标识码:B

“操作系统”是计算机学科的一门重要的专业基础课程,是计算机系统中的最重要的系统软件。因而,“操作系统”课程是大学本科的课程中第一门涉及系统软件程序设计的课程,也是第一门引入程序并发执行概念的课程。从2003年起,上海大学计算机学院“操作系统”课程组结合上海市重点课程建设项目,对课程的教学内容、教学方法、教学手段和实践动手与系统软件分析的能力培养进行了改革,引导学生除了听课和读书之外,还要注重于分析系统软件操作系统的设计原理和实现技巧。通过新颖的教学手段,创造实践环境,增强学生分析能力和动手实践能力,为今后分析、设计和开发系统软件打下扎实的理论基础和系统的专业知识,并对开发创新性学习方式也做了有益的探索和实践。

1选用高质量的优秀教材,提高学生的学习兴趣和创新热情

教材是知识的积累和传播载体,一本优秀的教材不仅能涵盖到知识的主要方面,更重要的是能引导学生进行创造性和发散性思维,从而增强学生学习的主观能动性和热情,以更好的达到掌握知识的目的。几年来,操作系统的发展日渐加快,作为操作系统本身,其内核与原理基本上是不变的。因而,课程组将特别重视选用那些具有特色,条理清晰,而又贴近实际运用的主流操作系统进行教学和实践。如在教材方面,课程组选择西安电子科技大学出版社汤子赢主编的《计算机操作系统》作为课程的主教材,清华大学出版社张尧学主编的《计算机操作系统教程》、高教出版社孟静主编的《操作系统教程―原理和实例分析》以及为双语教学准备由Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne著的《OPERATING SYSTEM CONCEPTS (6th Edition)》和Andrew S. Tanenbaum编写的《Operating Systems Design and Implementation》原版教材作为主要的参考教材。在课程实践方面,采用Windows, Unix、Linux以及OpenSolaris等当前的主流操作系统,课程组选取开源Linux系统进行理论剖析,并作为实践平台。这些教材普遍能体现在操作系统领域的多年来的教学经验和研究成果,同时,具有一些经典的实验及算法,不仅能够提高学生的学习兴趣,而且还能增进学生动手实践的创新热情。

2立足社会需求,提出改革内容,明确教学目标

操作系统软件是计算机系统的灵魂和核心。它的设计原理和技巧是计算机前辈们一代接一代不停顿的努力所留下的知识和智慧的结晶。深入学习和掌握操作系统基本原理和概念,对激发学生的创造力和想象力无疑是大有益处的。我们要克服课程内容繁多,并且概念、原理和算法比较抽象,课时较紧等困难。如何提高课堂教学的效率和效果,方便学生学习和参考资料的获取。同时,结合我们上海大学计算机学院当前学生的情况,以及大部分学生毕业后就业工作的岗位特点,熟悉Linux操作系统是许多招聘单位的要求,提高学生熟悉主流操作系统和运用主流操作系统以及分析主流操作系统的能力,培养满足社会需求的大学毕业生,加强实验环节的效果,已是刻不容缓。

在教学手段方面,探索课堂教学和网上教学相结合的教学新方式,以克服课时紧、内容多的矛盾,课堂上少讲精讲,网上提供内容丰富形象生动的多媒体CAI课件,充分调动学生学习的积极性和主观能动性。

在实验环节方面,完善学院机房操作系统实验环境,以计算机网络创造实践环境,引进新技术,完善实验内容。利用Linux公开的源代码,采用上机实验和源代码分析相结合的实验方法。编写和完善适合于新系统的实验指导书。

此外,进一步积累和整理操作系统习题和试题,并在此基础上,整理和编写操作系统习题集,建立操作系统试题库,逐步实现教考分离。通过课程的学习,要求学生:

(1) 了解操作系统与硬件、其他软件和使用者的关系。

(2) 理解操作系统的基本功能和操作系统的特性——并发、共享和不确定性。

(3) 掌握进程的基本概念、动态特性和主要功能。

(4) 掌握操作系统主要组成部分的工作原理及实现方法.理解操作系统整体的静态结构和动态工作流程。

(5) 具有初步分析操作系统的能力,为今后分析、设计和开发系统软件打下坚实的基础。

(6) 熟悉Linux的用户接口(shell命令,shell编程,常用的系统调用),初步掌握并发程序设计的基本方法和技能。

3设计课程实验实践内容,强化动手实践与系统分析的能力培养

“操作系统”课程是计算机科学与技术学科的一门主要专业基础课程,涉及计算机系统中各种软、硬件资源的管理,内容比较烦琐,具有很强的实践性。为此,课程组自编了计算机操作系统实验指导书,认真设计了理论与实践紧密结合的课程实验实践内容,强化动手实践与系统分析的能力培养。

实验指导书以Linux操作系统作为实验环境,为学生介绍了Linux的相关知识和主要特点,引导学生理论联系实际,用感性认识深化理性认识,在实践中更牢固地掌握操作系统的基本方法和基本原理。要求学生根据实验要求设计算法、编制程序,并通过上机调试、运行,最后按规定格式写出上机实验报告。实验主要内容如表1所示:

4课程教学改革与建设的成果

开展课程教学改革与建设和以来,课程的教学效果明显,并已取得了如下教学改革成果:

(1) 提供了较齐全的教学文件,使任课教师做到“课前准备充分,课内重点突出、课后考试规范”的三明确。提供了齐全完整的教学文件,修订并完善了教学大纲、实验大纲和考试大纲。

(2) 撰写了操作系统实验指导书,经多届学生使用,学生反映效果良好。

(3) 完成了学院计算中心机房的Linux上机实验环境建设,安装了Linux服务器,学院计算中心的每台微机上都可以使用Linux系统。学生通过上机实验,对理解和掌握课程知识,提高动手实践能力有很大的帮助。

(4) 利用上海大学独有的短学期,课程组对200X级的同学,在学习“操作系统”课程之前,利用短学期的认识实习时间,先对操作系统发展、Linux操作系统发展的背景介绍,然后做了vi,shell命令和shell程序设计的实验,效果很好。

(5) 完成了计算机“操作系统”的CAI课件和PPT一套,已用了多届学生。采用了板书和PPT相结合的教学方法,做到CAI课件和PPT适时播放,提高了授课的效率,一定程度上解决了课程内容多和课时紧张的矛盾,教学效果比较好。

(6) 完成了“操作系统”习题管理系统的开发,可以利用校园网络资源,实现在线编辑习题,布置习题作业,学生网上完成作业,对客观题的作业可以自动批阅和评分,并具有简单的留言板功能。“操作系统”习题管理系统的软件结构如图1所示。

(7) 完成了试题库管理系统的研发,为实现教考分离打好了良好的基础。试题库管理系统的功能结构图如图2。

(8) 课程建设前后考试成绩分析比较。课程建设前后教学效果比较如表2所示。

从抽样结果来看,课程建设后学生学习成绩的优良比例和平均成绩,比课程建设前都有较大提高。

5结束语

“操作系统”课程教学改革与建设主要有以下几个特点:

(1) 体现了教学内容的基础性、完整性、系统性和先进性。

(2) 课堂教学采用与多媒体CAI课件及PPT辅助教学相结合的先进教学模式,具有教学互补性、教师要求高、教学效果好的特点。

(3) 理论教学与实践教学紧密结合,使学生既能更好地理解操作系统的基本原理,又能熟悉主流操作系统的使用,提高了学生的实践动手能力。

(4) 利用学院网络资源,进行在线习题布置和网上作业,减少学生抄袭作业现象,有助于提高课程教学质量。

当然,在“操作系统”课程教学改革与建设的过程中,我们还遇到不少困难尚未克服。课程组会继续不断地探索教学方法与实践经验,继续优化教学内容,真正把这门课程建设成为一门高质量的精品课程。

参考文献:

[1] 刘乃琦,蒲晓蓉,刘丹.计算机操作系统精品课程建设[J]. 计算机教育,2006(7):17-20.

[2] 翟高寿. 操作系统课程建设中若干问题的探索与研究[J]. 烟台大学学报:自然科学与工程版,2007,20(6):19-21.