摘要：本文結(jié)合“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，分析了發(fā)達(dá)國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)開設(shè)的狀況，有針對(duì)性地提出了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、教學(xué)內(nèi)容及其教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程能力培養(yǎng)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 22-0061-03

1引言

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為課堂教學(xué)的繼續(xù)，不僅是計(jì)算機(jī)教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是計(jì)算機(jī)教學(xué)成效的初步體現(xiàn)。近年來我院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心從多方面加強(qiáng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，措施之一就是改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置，分層次、立體化地安排實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，從而加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，促進(jìn)了學(xué)生基本技能和工程實(shí)踐能力的提高。

2發(fā)達(dá)國家大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況

美國密歇根大學(xué)工學(xué)院機(jī)械系三、四年級(jí)共開設(shè)15門課程記56個(gè)學(xué)分，其中：主干課6門(6×4)，設(shè)計(jì)課3門(3×4)，大實(shí)驗(yàn)課2門(2×4)、其他課程4門(4×3)。由此可見，其中設(shè)計(jì)課程、實(shí)驗(yàn)課程共計(jì)5門20個(gè)學(xué)分，占課程總數(shù)的1/3，占學(xué)分總數(shù)的1/3強(qiáng)。

麻省理工學(xué)院(MIT)加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力訓(xùn)練的辦法是讓學(xué)生利用課余及假期進(jìn)入科研或直接參與企業(yè)的某一項(xiàng)目。為此分別擬訂了不同的實(shí)踐計(jì)劃，目前實(shí)施的計(jì)劃有：

(1) 本科研究導(dǎo)向計(jì)劃(UROP)：該計(jì)劃要求學(xué)生在教授指導(dǎo)下完成某些研究性實(shí)驗(yàn)，有70％~80％的本科生進(jìn)入該計(jì)劃；

(2) 本科實(shí)踐導(dǎo)向計(jì)劃(UPOP)：該計(jì)劃與企業(yè)結(jié)合，組織學(xué)生參與企業(yè)中的某項(xiàng)設(shè)計(jì)或工程實(shí)踐，有30％本科生進(jìn)入該計(jì)劃；

(3) 技術(shù)創(chuàng)業(yè)計(jì)劃：該計(jì)劃只有少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生參與，著重強(qiáng)調(diào)探索與創(chuàng)新，甚至允許學(xué)生自己辦個(gè)小公司去實(shí)施。

從以上的例證中我們可以發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)共同點(diǎn)：

(1) 實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)和學(xué)分比例都在全部課程的1/3以上；

(2) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)完全面向具體工程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力；

(3) 實(shí)驗(yàn)教師有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；

(4) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃是動(dòng)態(tài)的，修改的依據(jù)是實(shí)際工程需要。

3精心構(gòu)建“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)體系

為使學(xué)生更好地掌握操作系統(tǒng)知識(shí)，針對(duì)該課程內(nèi)容復(fù)雜、涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，課程組不斷跟蹤國內(nèi)外著名計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃，結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，精心構(gòu)建操作系統(tǒng)課程體系和實(shí)驗(yàn)體系。以“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”為核心配套形成豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層次四種類型，具體包括：操作系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)、基于操作系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)內(nèi)核綜合實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。課程內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)間相互促進(jìn)，理論與實(shí)際緊密結(jié)合，由淺入深、循序漸進(jìn)，覆蓋主流系統(tǒng)平臺(tái)，結(jié)合應(yīng)用編程，取得了理解、抽象、思考、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)和掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)的成功。

本課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括三個(gè)層次，即課程實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。在實(shí)踐過程中，充分發(fā)揮師生互動(dòng)的作用，充分利用“實(shí)驗(yàn)室課堂”和“案例庫”，完成相應(yīng)實(shí)踐過程，達(dá)到能力訓(xùn)練和啟發(fā)創(chuàng)新的目的。

1) 課程實(shí)驗(yàn)

含系統(tǒng)上機(jī)操作等過程，是一種體驗(yàn)性的實(shí)踐，實(shí)踐平臺(tái)包括當(dāng)前主流操作系統(tǒng)(Windows和Unix/Linux)。

2) 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

主要完成模塊設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，是難度較大的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過案例復(fù)現(xiàn)和模塊替換實(shí)驗(yàn)等，掌握技術(shù)實(shí)現(xiàn)和模塊設(shè)計(jì)的方法與技巧。

3) 綜合實(shí)驗(yàn)

較大型的綜合實(shí)驗(yàn)，可以與操作系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)結(jié)合，可以以學(xué)生團(tuán)隊(duì)方式參加。根據(jù)情況，部分課題可以拓展到本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題完成。

根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)層次，設(shè)計(jì)了四種實(shí)驗(yàn)類型，即操作驗(yàn)證型、技術(shù)應(yīng)用型、模塊設(shè)計(jì)型、綜合型四種類型：

1) 操作驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)屬于操作系統(tǒng)實(shí)際操作，目的是讓學(xué)生熟悉目前流行的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，為理論課程的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。包括系統(tǒng)配置、命令使用、Shell語言、系統(tǒng)安裝等；

2) 技術(shù)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)是操作系統(tǒng)原理技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從系統(tǒng)軟件和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上理解設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，聯(lián)系Windows/UNIX兩類主流操作系統(tǒng)，理解系統(tǒng)整體框架、各種不同算法、軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)、功能實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)、安全機(jī)制實(shí)施等內(nèi)容，使抽象能夠與設(shè)計(jì)結(jié)合，與實(shí)際的操作系統(tǒng)相聯(lián)系，去除操作系統(tǒng)的神秘感和復(fù)雜感，隨課開設(shè)的操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，比較算法性能，使學(xué)生理解和重視設(shè)計(jì)原理。包括算法設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)編程、模塊替換等；

3) 模塊設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是操作系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)，引入開放系統(tǒng)和開放源碼技術(shù)，利用Shell設(shè)計(jì)和C對(duì)系統(tǒng)核心編程，掌握并積累基于現(xiàn)代操作系統(tǒng)環(huán)境的編程經(jīng)驗(yàn)。包括調(diào)度、分配、并發(fā)、管理等；

4) 綜合型實(shí)驗(yàn)(含課程設(shè)計(jì))是操作系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，是在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練，供有一定基礎(chǔ)、并對(duì)操作系統(tǒng)有關(guān)內(nèi)容感興趣的學(xué)生選擇。本實(shí)驗(yàn)在前面知識(shí)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地分析開源Linux系統(tǒng)內(nèi)核源代碼并設(shè)計(jì)出相關(guān)系統(tǒng)模塊，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，達(dá)到對(duì)本課程內(nèi)涵的深入理解和靈活運(yùn)用。

通過分類型和階段的實(shí)踐過程，加強(qiáng)了學(xué)生系統(tǒng)編程與內(nèi)核模塊設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生對(duì)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如多道程序、進(jìn)程調(diào)度和切換、并行與并發(fā)、資源分配和沖突的解決、系統(tǒng)對(duì)外的連接、系統(tǒng)軟件的架構(gòu)和應(yīng)用切入模式等都有了更加深入的認(rèn)識(shí)，加深了課程內(nèi)容的理解和運(yùn)用，創(chuàng)新效果明顯。

4實(shí)驗(yàn)體系的特點(diǎn)與創(chuàng)新

1) 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)，合理進(jìn)行學(xué)生考核

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用較好的實(shí)驗(yàn)室條件，開設(shè)“實(shí)驗(yàn)室課堂”，構(gòu)建“操作系統(tǒng)案例庫”，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)編程與內(nèi)核模塊設(shè)計(jì)的能力。這些案例既作為教學(xué)，也供學(xué)生自行設(shè)計(jì)或復(fù)現(xiàn)，優(yōu)秀作品又進(jìn)入案例庫循環(huán)，使學(xué)生能即學(xué)即用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，對(duì)抽象概念通過實(shí)踐環(huán)節(jié)理解，拓展深層次思考，對(duì)學(xué)生的能力訓(xùn)練收到很好的效果。

2) 立體化、分層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系，全面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

本課程的實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層次四種類型。其中，課程實(shí)驗(yàn)主要解決學(xué)生對(duì)“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”中主要技術(shù)原理、算法的理解和設(shè)計(jì)問題。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要訓(xùn)練學(xué)生對(duì)典型操作系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的掌握；綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(含課程設(shè)計(jì))主要訓(xùn)練學(xué)生面對(duì)實(shí)際的操作系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析、方案設(shè)計(jì)和具體設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的綜合解決能力。

3) 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)面向具體操作系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)工程化設(shè)計(jì)

根據(jù)目前發(fā)達(dá)國家對(duì)學(xué)生工程教育的培養(yǎng)，結(jié)合我國學(xué)生大學(xué)畢業(yè)后普遍存在動(dòng)手能力較弱和缺乏工程實(shí)踐能力問題，提出以計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的具體工程技術(shù)問題為主線開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使開發(fā)出的實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的工程性、實(shí)踐性和實(shí)用性。

4) 實(shí)驗(yàn)形式以項(xiàng)目方式下達(dá)和管理，體現(xiàn)設(shè)計(jì)性和工程性

對(duì)于綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐教學(xué)中沒有給出學(xué)生具體的實(shí)驗(yàn)方法步驟，也不要求學(xué)生按某個(gè)固定方法步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而是以項(xiàng)目方式下達(dá)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生按照任務(wù)書的要求，利用軟件工程的設(shè)計(jì)方法，自行進(jìn)行需求分析、擬定項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)方案并組織實(shí)施，從而體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)性和工程性，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造性思維能力。

5結(jié)束語

為加強(qiáng)“計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)效果、提高課程教學(xué)質(zhì)量，使內(nèi)容具有系統(tǒng)性，形成積極的、充滿生機(jī)活力的教學(xué)機(jī)制，在實(shí)踐教學(xué)過程中建設(shè)了與課程配套的多層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分發(fā)揮師生互動(dòng)的作用，利用優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，完成相應(yīng)實(shí)踐過程，從而達(dá)到對(duì)學(xué)生能力訓(xùn)練和啟發(fā)創(chuàng)新的目的。

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