“计算机操作系统”课程教学创新实践

张　羽　谷建华　周兴社

摘要:传统的教学模式已不能适应现代“计算机操作系统”课程的教学需求。本文在该课程以往教学实践和经验的基础上,对“操作系统”课程的教学实践活动进行了总结,并提出了建立长效“实践教学链”的新的教学模式,以培养本科生学习“操作系统”课程的兴趣,从而提高他们的实践创新能力。

关键词:课堂教学;实践教学;创新能力

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

“计算机操作系统”是计算机专业的一门重要专业基础课,传统的课程教学着重讲授操作系统的基本概念和原理,课程内容主要包括进程管理、存储管理、输入输出系统、文件系统、用户接口五大部分。作为计算机专业的传统必修课,“操作系统”课程的重要性是勿容置疑的,但该课程传统的教学模式中存在以下几个显著的问题:

(1) 内容枯燥难懂,充斥着大量的原理和概念。由于很多教材的内容以及课堂的讲解都很少与实际操作系统相联系,学生往往觉得课程中的概念、原理抽象而且苦涩难懂,由此对课程学习缺乏兴趣,最后以死记硬背对付考试。

(2) 课程的内容陈旧,远落后于该领域最新的研究成果。如计算机系统安全、分布计算、嵌入式系统等内容几乎没有涉及。

(3) 课程实践环节与理论学习严重脱节。由于课程内学时的限制,传统的实验环节往往是对主流操作系统(如Linux)的初步接触与使用,而对操作系统内核本身没有任何触及,这样学生在课堂中所学的操作系统原理以及概念流于形式,对以后从事这方面研究或系统开发工作的帮助十分有限。

本文针对操作系统传统教学模式存在的问题,并在总结和完善该课程以往教学实践和经验的基础上,提出了构筑全新的“教—学”体系,建立长效“实践教学链”教学模式和实践、尝试创新型的“六步教学法”。我们“计算机操作系统”课程组将其运用在该课程的教学教育改革过程之中,取得了明显的实际效果。教学质量显著提高的同时受到了学生们的好评和院校两级督导组的肯定。我们建设的“操作系统”课程已于2006年评为西北工业大学

校级精品课程;2007年获得校级教育教学改革研究项目的资助;2008又获得教育部——微软精品课程资助。下面是对该课程课堂和实验教学创新实践的总结供同行及相关人士探讨。

2重视课堂教学仍是现阶段课程教学的基础

2.1课堂教学,需要“适应国情”

尽管随着我国教育和科技的发展,许多国内一流高校的计算机课程体系在不断的改革,但对于地处西部的本科学生而言,不论从其自身的家庭环境,还是就读高中的计算机教育情况都有所不同,因此计算机文化从一入学就参差不齐;加之大学三年的学习后,同学之间在对计算机本身的理解和实践水平上相差甚巨。这种情况决不是个例,几乎每年授课时都会遇到,所以主讲教师在授课速度、课程内容以及授课方法的选择上,需要在教材的基础上制定可被大多数学生接受的教学大纲和计划,以便使学生在最大程度掌握知识的同时提高学习兴趣。在目前的国情下我们还无法做到一对一(或一对少量)的教学,因此在实施教学的过程中把握这样一个原则,即主要抓中间,兼顾两端,是我们这几年在课堂教学方面的一个基本经验。根据实际的学生反馈,这种照顾大多数学生“适应国情”的方法具有一定的推广意义。

2.2课堂教学,需要“提高教师水平”

在所有课堂教学环节中,要达到高质量的课堂教学效果,教师的引领、启发和向导作用必不可少。因此,教师需要做到对授课课程的熟练把握和对教学内容的融会贯通。具体而言,主讲教师在全面熟悉教材的基础上要做到以下几点。(1)要全面了解计算机操作系统国内外发展的最新动向,对新老知识进行仔细的研究、取舍和衔接;(2)要全面、透彻的理解教学大纲要求,同时明确和了解教学对象的实际情况,在两者之间找到平衡点,通过授课和练习,使学生的课程知识在大纲要求的基础上更加丰富;(3)要加强教师的科研锻炼,使其在实践中深入理解计算机操作系统知识的内涵,通过参加科学研究、工程实践及实验教学,获得书本、论文以外的一手信息,以便有效改善和提高自身的知识结构及教学水平。

2.3课堂教学,需要“抓住重点”

课堂教学的关键一点,就是要充分“吃透”教材和教学大纲所要传授的教学内容。那么如何“吃透”呢?就是要尽可能多的搜集、整理和筛选国内外该门课程一流的教学及研究资料。我们知道现在某一门课程的一种教材往往做不到面面俱到,把所有知识点都能讲解的十分清楚,因此通过对大量不同教材的仔细分析和比较,最终选择和整理出阐述最清晰和最易于学生理解的那部分内容讲授给学生,是我们多年在课堂教学方面的又一个基本经验。

只有在大量分析和比较文献和教材资料的基础上,才能真正做到合理取舍,授课老师要清醒地认识到,把握好宝贵、有限的授课时间,抓住重点,讲清难点是课堂教学成败的关键所在。

3实践教学创新才是本科生课程教学的真正目标

3.1树立全新的“教—学”体系,明确实践教学的目标

这几年我们教学团队根据“操作系统”课程体系中课程内容更新较快、综合性强、实践性强的特点,每年都对授课内容、电子课件等教学相关资料进行更新和优化,从而保证内容的新颖性以及对新方向、新技术的把握。教学团队结合了卡内基梅隆大学的“learning by doing”等先进教学思想,形成了“理论讲解+实例演示+综合实验+专业竞赛”的递增式“教—学”体系;为充实和构筑该教学体系,我们加强与国际一流IT公司在教学、科研方面上的合作。2005年起通过与SUN中国工程研究院的紧密合作,联同北京大学、清华大学、国防科学技术大学、浙江大学、上海交通大学、北京航空航天大学等国内知名高校计算机专业的“操作系统”课程主讲教师实施了OpenSolaris项目(旨在推动中国操作系统教学水平的提升)。在该项目中我们教学团队承担了核心的IPC内核部分的分析工作,为此后自主设计“西北工业大学操作系统教学创新实验平台”奠定了坚实的实践基础。2006年在Intel公司的资助下,基于Intel多核的“操作系统”课程实验也相继设计完成。这些实验教学平台的建立为主讲教师提供了大量课堂“实例演示”和课内“综合实验”案例,为本科生感性认识和理解操作系统基本原理和概念起到了切实、有效的作用。与此同时,2006年4月我们作为牵头单位举办了首届全省知名高校操作系统教学研讨会;2006年10月,又联合SUN中国工程研究院和北京大学,举办了2006高校操作系统及Unix/C编程教学研修班,全国近30多所高校主讲“操作系统”课程的老师参加了本次研修。通过上述多种形式的教学活动,使我们与全国一流计算机专业高校共同分享在“操作系统”课程体系教学改革方面的优秀理念和成果,更使我们“操作系统”课程体系的改革不断地深化,逐步形成了四结合的全新“教—学”体系。

3.2建立“实践教学链”,培养学生创新能力

前面介绍了“教—学”体系中“教”层面的课程建设工作,为了从“学”层面来落实“实践教学”的目标,培养本科生学习“操作系统”课程的兴趣和提高他们的实践创新能力,我们建立了“实践教学链”新的教学模式。所谓“实践教学链”就是贯穿于本科生操作系统教学的5个一体化“实践”活动。它们是“课内实验+课程设计+全国竞赛+大学生创新训练+本科毕业设计”。通过“实践教学链”的设置,使本来相互独立的学习环节能系统的串接于整个课程的教学过程之中,进而加大了学生实践操作系统知识的机会,延长了深入认识和理解操作系统内部机制的学习时间。我们的实践经验得出,特别是通过串接“全国竞赛”、“大学生创新训练”和“本科毕业设计”这三个实践活动能有效促进学生对相关知识点的理解,改变传统教学“满堂灌”模式,调动学生的学习积极性和主动性,构建了学生的主体地位。2007年获得首届“SUN 2007创新之源编程大赛”二等奖的郭阎团队就是这种全新教学模式的典型实例。他们在与老师充分讨论的基础上,通过利用Java反射机制建立了基于插件的Solaris内核可视化框架。作为“竞赛”作品,实现了Solaris进程调度的可视化插件;作为“大学生创新训练”的项目内容,实现了Solaris进程内存空间分配和释放过程的可视化插件;作为“毕业设计”,又实现了UFS文件系统的文件检索过程及磁盘寻道活动的可视化插件。通过这三个实践活动的锻炼,学生对Solaris的内核结构和机制有了深入的认识和理解,激发了学习热情,并最终提高了他们的自信和实践创新能力。

3.3实施“六步教学法”,增强知识融会贯通

结合上面5个一体化“实践”活动,我们提出和尝试了具体的本科操作系统学习“六步教学法”并使其融入到“实践教学链”之中。第一步,要点提示。让学生在上课前明确所将课程章节的学习重点。第二步,教材预习及设疑。让学生预习将要授课的内容,并把不懂得内容纪录并尝试自己查找文献及相关资料初步解决。第三步,讲授释疑。课堂内授课老师针对典型案例和第二步过程遇到的问题进行评析,并设置课后练习与单元总结。第四步,课内实验。由老师设计相应的教学实验环节,让学生通过动手练习来理解课堂内容与相关技术。第五步,课程设计。通过课程设计系统学习重点内容,让学生初步具有独立验证所学内容的能力。第六步,毕业设计与竞赛结合。在毕业设计期间组织学生参加专业竞赛,通过竞赛活动让学生能够对所学知识融会贯通并得到实际应用。

通过建立上述“实践教学链”和实施“六步教学法”,使学生在整个操作系统的学习过程,能循序渐进的进行系统训练,大大提高了他们对该课程的兴趣和理解,培养了实践创新能力。

4结束语

当今世界,计算机技术的发展日新月异。因此,在“计算机操作系统”的教学中,在传统教学的基础上,必须充分发挥好教师和学生的共同力量,在努力抓好课堂教学质量的同时,致力于课程实践教学的创新,并充分适应我国教育的基本“国情”,积极培养学生的创新思维和创新能力,为学生将来发展成为创新型人才,在自己的岗位上为国家计算机事业的大步发展做出贡献奠定坚实的基础。

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