高校计算机操作系统课程游戏辅助教学研究

朱雪莹

摘要：计算机操作系统是计算机科学与技术领域中的重要课程，涵盖了操作系统的原理、设计和实现。在当今数字化时代，计算机操作系统的教育变得愈加重要，因为操作系统是计算机系统的核心，直接影响到计算机性能、可靠性和安全性。高校计算机操作系统课程的教学一直以来都是具有挑战性的任务，教师们一直在探索各种方法来提高学生的学习效果和兴趣。探讨教师在游戏辅助教学中的角色、教学策略以及游戏如何帮助学生更好地理解和应用操作系统。

关键词：高校；计算机操作系统；课程游戏；辅助教学

一、前言

在过去的几年里，游戏辅助教学逐渐成为高校教育中的一种新趋势，教育游戏不仅可以增加学生的参与度，还可以提供解决实际问题和团队合作的机会，从而更好地培养学生的综合能力。在计算机操作系统课程中，游戏辅助教学可以提供一种全新的方式来帮助学生理解和应用复杂的操作系统原理和概念。通过探究不同类型的教育游戏，思考游戏如何与操作系统课程内容相结合，可以为学生提供更具吸引力的学习体验。游戏辅助教学不仅可以提高学生的学术表现，还可以增强学生的学科兴趣，从而培养更具创造力和创新力的计算机人才。

二、高校计算机操作系统课程的特点分析

高校计算机操作系统课程的显著特点是理论与实践相结合，学生不仅需要理解操作系统的原理和概念，还需要亲自进行实践操作，所以要求课程既包括课堂理论教学，也包括实验和项目作业，以确保学生的理论知识能够应用到实际情境中，从而提高实践能力。计算机操作系统是复杂而抽象的主题，是高校计算机操作系统课程的特点之一，学生需要理解操作系统的各个组成部分、功能和相互关系。计算机操作系统的复杂性和抽象性对学生的思维能力和分析能力提出了挑战，需要学生具备较高的抽象思维水平。计算机操作系统课程通常涵盖多种操作系统，如Windows、Linux和macOS等，多样性能够使得学生了解不同操作系统的特点和应用场景，培养了学生的跨平台技能，学生将有机会比较和对比不同操作系统的优缺点，为将来选择适合的操作系统做好准备。计算机操作系统课程强调系统性思维，能够培养学生的系统设计和分析能力，使其能够更好地理解和解决复杂的计算机系统问题。此外，计算机操作系统领域不断发展和更新，因此高校操作系统课程也需要保持与行业趋势的同步，课程内容需要不断更新，以反映新兴技术和挑战，学生需要了解最新的操作系统发展，为学生在职业生涯中跟上行业动态提供了基础[1]。

三、游戏辅助教学在高校计算机操作系统课程中的应用优势

计算机操作系统课程一直以来都是高校计算机科学与技术专业中的重要组成部分，涵盖了操作系统的原理、设计和实现，但是传统的操作系统课程教学方式过于枯燥和抽象，学生通常面临理论知识的理解和实际应用之间的难题。在该背景下，游戏辅助教学应运而生，为高校计算机操作系统课程注入了新的活力和趣味，其优势包括：第一，提高学生参与度。游戏辅助教学在计算机操作系统课程中的应用能够显著提高学生的参与度。传统的课堂教学通常以教师为中心，学生被动接受知识，而游戏化教学将学习过程变得更加生动和具体，学生可以参与其中，积极探索和解决问题。通过游戏，学生变成了课程的主角，其主体地位得到充分尊重，从而能够提升学生学习主动性。第二，加强实际问题解决能力。游戏辅助教学不仅提高了学生的参与度，还加强了学生的实际问题解决能力。在操作系统课程中，学生通常需要面对复杂的问题，如内存管理和文件系统设计等，通过教育游戏学生可以在虚拟环境中模拟和解决问题，学生可以尝试不同的解决方案，分析问题的根本原因，培养逻辑思维和问题解决技能[2]。第三，促进团队合作。在计算机操作系统课程中，学生一般需要在团队中协作完成项目和实验，游戏辅助教学可以促进团队合作，使学生学会协同工作，共同解决问题。教育游戏通常设计为多人游戏，学生需要共同制定策略、分工合作，并互相协助完成任务，团队合作的经验不仅有助于学术项目的完成，还能够培养学生的沟通和协作能力，对未来职业生涯发展具有重要作用。第四，培养创新思维。游戏制作者需要构思新颖的情节和解决方案，以吸引玩家。在操作系统课程中，教育游戏可以鼓励学生思考和设计新的操作系统功能和解决方案，通过参与游戏，学生可以培养创新思维和创造性解决问题的能力，对学生未来的研究和职业发展具有重要意义。第五，提供实践经验。操作系统是一个复杂的领域，理论知识需要与实际操作相结合才能更好地理解，教育游戏为学生提供了實际操作系统的机会，学生可以模拟操作系统的管理和维护工作。通过虚拟环境中的实践经验，学生可以更好地理解操作系统的运作原理，掌握实际技能，为将来的职业生涯做好准备[3]。

四、高校计算机操作系统课程中游戏辅助教学的应用策略

（一）选择正确的游戏融入方式

为了在操作系统课程中引入游戏化元素，需要重新设计课程内容，使之更具互动性和趣味性，可以通过将课程内容进行转化，例如学生可以被要求解决模拟的操作系统问题、管理虚拟资源、协作解决复杂任务。任务可以模拟实际操作系统，通过该方式学生将更容易理解和应用课程内容。在操作系统课程中，情节化教学是重要策略，通过创建连续的故事情节，将课程内容有机地融入其中，使学生更容易理解和记忆，例如可以设计虚拟操作系统世界，学生需要在该世界中完成任务和挑战，如管理虚拟机器、调度进程等，情节化教学方式激发了学生的好奇心和兴趣，使学生更投入学习。在操作系统课程中，虚拟实验和模拟具有重要作用，通过使用操作系统模拟器或虚拟实验平台，学生可以在更加真实的环境中学习相关知识，实践性的学习方式有助于加深学生对操作系统原理的理解，同时提供了安全的环境让学生探索和实验。在游戏化教学中，协作和竞争元素可以增加学生的互动和动力，学生可以分成小组共同解决复杂的任务，或者进行比赛来测试学生操作系统的技能，合作和竞争激发了学生的积极性，提高了学生的学习效果 [4]。

（二）操作系统课程教案设计

教学方法的创新一直是教育改革的重要一环，而将游戏化设计引入计算机操作系统课程似乎是个全新的尝试。这种教学方法通过让学生亲身参与“游戏”，帮助他们更好地理解和掌握操作系统中的重要概念，如处理机管理和内存管理。

首先，教师可以通过设计一个角色来类比计算机中的CPU。在这款“计算机操作系统”游戏中，这个角色可能叫做“处理机战士”，他有自己的技能，比如任务调度和进程切换。他的任务是在有限的时间内完成尽可能多的工作任务。工作任务（类比计算机程序）源源不断地从一个称为“任务队列”的地方送来。处理机战士必须根据各种任务调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）或优先权调度等，来决定处理任务的顺序。在游戏中，学生可以在不同的调度策略下尝试操作处理机战士，亲身感受不同策略下的优缺点和应用场景。

其次，内存管理設计。在游戏中，可以设计一个称为“内存守卫”的角色。他的任务是管理系统内存的分配和回收。他有多种可能的技能，比如分段、分页、虚拟内存管理等。这些技能允许内存守卫更有效、更安全地管理内存资源。他的工作需遵循各种内存管理算法，如最先适配、最佳适配、最坏适配等。学生可以通过在游戏中扮演内存守卫角色更透彻地理解内存管理的复杂性和重要性。

在游戏中，学生们需要参与挑战和解决现实世界中计算机操作系统可能遇到的问题。例如，如何选择合适的任务调度策略以优化CPU利用率、如何处理内存碎片的问题、如何实现虚拟内存以提升内存利用率等。在解决这些问题的过程中，学生们不仅将学到的理论知识应用到实际中，而且还可以通过亲身体验，更深入地理解操作系统中的一些原理和设计决策。

（三）结合课程内容优化游戏设计

在结合课程内容优化游戏设计之前，教师需要明确定义操作系统课程的核心概念和技能，仔细分析课程大纲，确定最重要的内容，然后将其作为游戏的关键要素。核心概念和技能明确后，接下来就是设计游戏化任务和挑战，以传达概念和技能，任务和挑战应该与实际操作系统相关，能够让学生亲身体验和应用所学的知识。为了提高学生的参与度，游戏设计应该包括引人入胜的情景，情景教学可以激发学生的好奇心和兴趣，让学生更容易理解和记忆课程内容，例如可以创建虚拟世界，学生需要在其中解决一系列的操作系统问题，以解锁新的任务和挑战，情景教学方式使学习变得更具吸引力和有趣。为了在计算机操作系统课程中成功应用游戏辅助教学，需要引入游戏化元素，元素可以包括成就系统、排行榜、任务和挑战等，学生可以在学习过程中获得即时的反馈和奖励，激发学生的兴趣和动力。在计算机操作系统课程中，联机协作游戏是一种有利的策略，该游戏要求学生在团队中协作解决问题，模拟操作系统的真实环境，学生可以扮演不同的角色，如系统管理员、用户或应用程序开发人员，共同解决复杂的操作系统问题，通过该方式学生可以实际应用在课堂上学到的知识，同时培养团队合作和解决问题的技能，游戏设计可以帮助学生更好地理解操作系统的工作原理和互动，增强学生的实际操作技能。

（四）加强游戏辅助教学过程引导

为了确保学生能够充分参与游戏化教学，游戏规则和指导应该清晰明了，教师应该向学生解释游戏的规则、任务和挑战，以便学生知道如何玩游戏并达到目标，从而避免学生因不明白游戏规则而感到困惑。在游戏辅助教学中，及时反馈对于学生的学习至关重要，教师应该为学生提供及时、具体、细致的反馈，告诉学生在游戏中的表现如何，以及如何改进，帮助学生理解错误并提供解决方案，通过提供有效的反馈和引导，教师可以帮助学生更好地理解和应用操作系统的知识。为了发挥游戏辅助教学的作用，教师可以提供额外的学习资源和支持，包括在线教程、参考资料和学习工具，学生可以在需要时访问资源，以更好地理解操作系统的概念，额外的支持可以增加学生的学术成功概率和学习满意度。游戏化教学鼓励学生之间的合作和讨论。

（五）开发游戏辅助教学平台

在开发游戏辅助教学平台之前，开发人员需要进行详尽的需求分析，与教师、学生以及其他利益相关者合作，明确课程教学对于该平台的期望和需求，包括课程目标、学生水平、教学资源、技术要求等，通过深入了解需求，能够确保开发的平台达到课程教学要求。游戏辅助教学平台的核心是游戏引擎的选择，合适的游戏引擎可以极大地影响平台的性能和功能，开发人员应该评估不同的游戏引擎，考虑其支持的特性、易用性、性能以及社区支持等因素。常用的游戏引擎包括Unity和Unreal Engine，它们都提供了丰富的功能和广泛的支持，适合用于教育领域的开发。为了让学生更好地理解和掌握操作系统的工作原理，游戏辅助教学平台应该包括虚拟实验环境，环境需要能够模拟不同的操作系统场景，允许学生在其中进行实际操作，虚拟实验环境可以包括虚拟机、模拟操作系统等，使学生能够安全地进行实际操作。不同的学生有不同的学习风格和节奏，因此游戏辅助教学平台应该支持多样化的学习方式，通过提供不同难度级别的任务、个性化学习路径，以及不同的游戏模式来满足不同学生的需求，提高平台的适用性。游戏辅助教学平台的开发不是一次性的任务，还需要定期地维护和更新，随着操作系统领域的不断发展，平台的内容和功能也需要随之更新，同时平台应该及时修复漏洞和问题，以确保学生能够顺利使用，维护和更新是保持平台长期有效的关键因素。开发游戏辅助教学平台时，不仅要考虑游戏本身，还要提供多样化的学习资源，包括教学视频、文档、在线讨论板和互动实验，以帮助学生更全面地理解操作系统的各个方面，并提供额外的学习支持。社交学习在高校教育中具有重要意义，所以游戏辅助教学平台应当提供社交学习机会，可以通过多人在线游戏或合作任务来实现，让学生相互合作，分享经验和知识（见图1）。

五、高校计算机操作系统课程游戏辅助教学的未来发展方向

随着教育技术不断发展，高校计算机操作系统课程中游戏辅助教学的未来发展方向正逐渐显现，主要包含：第一，个性化学习体验。未来的游戏辅助教学将更加注重个性化学习体验，通过智能化技术，游戏平台可以根据每个学生的学习速度、兴趣和能力水平来调整游戏难度和内容，使学生能够自主学习，根据自己的需求定制学习路径，提高学习效率。第二，虚拟现实和增强现实的应用。虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术有望在游戏辅助教学中发挥关键作用，通过VR和AR，学生可以身临其境地体验操作系统的工作原理，观察虚拟计算机系统的运行，以及实时与操作系统互动，能够帮助学生更深入地理解操作系统的复杂性，提高学生的实际操作技能。第三，可访问性和无障碍性。游戏辅助教学的未来将更注重可访问性和无障碍性，开发者将致力于确保所有学生，包括有特殊需求的学生都能够轻松获得并参与游戏，将扩大教育的覆盖范围，使更多学生受益于游戏辅助教学。第四，全球化和多语言支持。未来的游戏辅助教学将更具全球化视野，游戏平台将提供多语言支持，使学生可以用自己的母语学习，以此促进国际学生之间的文化交流和学习经验的分享。第五，安全性和隐私保护。在教育技术发展的背景下，数据安全和隐私保护问题将变得更加重要，未来的游戏辅助教学平台将加强安全性措施，确保学生的个人数据得到妥善保护，不受未经授权的访问。

六、结语

综上所述，游戏辅助教学在高校计算机操作系统课程中的应用具有明显的优势，不仅提高了学生的参与度和学科兴趣，还培养了解决实际问题能力、团队合作精神、创新思维和实践经验，有助于学生更好地掌握操作系统的核心概念和技能，提高学习成绩，为未来的职业生涯打下坚实的基础。因此，游戏辅助教学在高校计算机操作系统课程中的应用是一种有前景的教学方法，值得进一步研究和推广。

参考文献

[1]董锡臣，洪丽华.游戏化教学法在高职计算机类课程中的创新应用与研究——以“网页设计”课程为例[J].职业技术，2023，22（02）：64-70.

[2]彭安然. 游戏教学法和教练法在中职计算机C语言程序设计课程中的应用[D].天津：天津职业技术师范大学，2022.

[3]邱望，梁莉菁.新工科背景下线上线下混合教学模式的探索与实践——以计算机游戏程序设计课程为例[J].中国信息技术教育，2023（10）：100-103.

[4]蓝萍.中职计算机应用基础课程游戏化教学模式探究[J].电脑知识与技术，2022，18（05）：152-153.

作者单位：吉林警察学院

责任编辑：周航