楊　燕　張新有　周　杲　胡曉鵬

摘要:“操作系統(tǒng)”是計算機專業(yè)重要的基礎課,在計算機軟硬件課程的設置上,起著承上啟下的作用,其特點是涉及面廣、內(nèi)容龐雜、實踐性強、教學難度大。本文圍繞“操作系統(tǒng)”課程的特點,從課程體系構建、教學內(nèi)容和方法更新、雙語教學推進、實驗環(huán)境建設幾個方面探討“操作系統(tǒng)”精品課程建設的改革思路及成效。

關鍵詞:操作系統(tǒng);精品課程;課程體系;教學方法;實驗環(huán)境

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

“操作系統(tǒng)”是計算機科學與技術、軟件工程專業(yè)的核心主干課程,也是網(wǎng)絡工程、信息安全、自動化等各專業(yè)學生必須學習和掌握的基礎課程。該課程在計算機軟硬件課程的設置上起著承上啟下的作用,也是打好軟件基礎的關鍵課程。

近年來,隨著計算機制造技術和用戶需求,特別是網(wǎng)絡應用的發(fā)展,操作系統(tǒng)的理論與設計方面的研究得到了迅速的發(fā)展。操作系統(tǒng)在計算機領域有舉足輕重的作用,能否學好“操作系統(tǒng)”課程,掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設計方法和實現(xiàn)技術,對計算機類專業(yè)學生的未來發(fā)展至關重要。為此,本文從優(yōu)化課程體系、教學內(nèi)容和方法、實驗環(huán)境等方面對“操作系統(tǒng)”進行精品課程建設,提出并實施了以下一系列改革措施。

2構建多層次、多類型的課程體系

“操作系統(tǒng)”課程的教學目標是向?qū)W生系統(tǒng)地介紹操作系統(tǒng)的設計原理和實現(xiàn)技術。教學內(nèi)容包括操作系統(tǒng)體系結構、任務管理模型、資源管理模式、任務調(diào)度算法以及資源分配算法等。培養(yǎng)學生分析問題、解決問題、開發(fā)系統(tǒng)軟件的基本技能,使其具有初步分析實際操作系統(tǒng)的能力,為今后在相關領域開展工作打下堅實的基礎。

為加強該課程教學效果,提高課程教學質(zhì)量,使內(nèi)容具有系統(tǒng)性,建成了以操作系統(tǒng)為主干的、多層次、多類型的課程體系。根據(jù)不同學科、專業(yè)對操作系統(tǒng)知識的要求不同,以及所具備的不同的專業(yè)基礎,開設了:

(1) 操作系統(tǒng)(A)(4學分)——針對計算機科學與技術、軟件工程專業(yè)本科學生;

(2) 操作系統(tǒng)(B)(3學分)——針對網(wǎng)絡工程、信息安全、自動控制等本科學生;

(3) 操作系統(tǒng)分析與設計——針對軟件工程本科學生、計算機應用技術及計算機軟件與理論研究生;

(4)Linux操作系統(tǒng)——針對全校本科生的選修課;

(5) 嵌入式操作系統(tǒng)及應用——針對軟件工程本科生、計算機應用技術及計算機軟件與理論研究生。

以上因材施教的措施,取得了很好的教學效果。

3更新教學內(nèi)容和方法

我院“操作系統(tǒng)”課程已被評為四川省級精品課程。在多年的課程建設中,我們積極探索在新理論、新概念、新技術不斷發(fā)展情況下教學內(nèi)容、教學方法及教學模式的變革。

3.1重視教學內(nèi)容的更新和整合,使課程內(nèi)容跟上學科和技術的發(fā)展

為跟上現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展步伐,在教學內(nèi)容中,增加了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、對稱多處理、系統(tǒng)安全性、微內(nèi)核及線程技術等內(nèi)容。在進行“操作系統(tǒng)”課程理論教學的同時,重視同步進行主流操作系統(tǒng)的實例教學和實踐教學。九十年代初將Minix作為實例引入“操作系統(tǒng)”教學中,進行剖析,開設相應實驗,對Minix相應模塊進行修改和更新。2000年后,將Linux作為操作系統(tǒng)的實例教學,在“操作系統(tǒng)分析與設計”課程中,對Linux源代碼進行較為詳細的分析,并開設基于Linux的相關實驗。繼而在本科生畢業(yè)設計中,引導學生對Linux內(nèi)核進行深入分析,對調(diào)度算法、驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)等部分進行修改和設計。2005年建成了基于“Linux的操作系統(tǒng)課程”網(wǎng)絡實驗環(huán)境。

3.2加強學生在計算機科技英語掌握和使用能力方面的培養(yǎng),增強了國際競爭力

自2004年以來,“操作系統(tǒng)”課程實施雙語教學。采用國際流行的英文版《Operating Systems: Internals and Design Principles》影印教材,使用英文課件、英文習題和英文命題考試,將國外先進的教學理念和教學方式貫穿于整個教學活動中,提倡啟發(fā)式、討論式、研究式教學。使學生不僅牢固地掌握了操作系統(tǒng)知識,而且提高了綜合素質(zhì)和跟蹤學習前沿知識的能力,以及專業(yè)英語閱讀能力,增強了國際競爭力,具有較好的示范性。

3.3科學合理運用多媒體教學手段,改進教學方法

在課堂教學中,以帶動畫效果的直觀的多媒體電化教學為主,輔之以板書,對操作系統(tǒng)的重點、難點進行形象化的解釋或演示。這種現(xiàn)代化的教育技術手段,可以加大信息容量,以動畫生動表現(xiàn)動態(tài)過程,以擬人手段講解難點,提高學生的學習興趣。如進程的概念及狀態(tài)變化采用上述方法,收到了很好的授課效果。

3.4開通“操作系統(tǒng)”教學網(wǎng)站,為學生提供良好與快捷的學習平臺

在建設“操作系統(tǒng)”精品課程的過程中,作為課堂教學的必要補充,教學網(wǎng)站是一項充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術,拓寬教學資源使用和學生受益范圍的舉措。多方位地開展網(wǎng)絡化教學,能讓學生更大程度地獲得需要的信息和知識,了解整個課程教學過程。

2004年起,我們積極開展“操作系統(tǒng)”課程的網(wǎng)絡課程建設工作。目前,已經(jīng)建立了“操作系統(tǒng)”教學網(wǎng)站(http://sist.swjtu.edu.cn/os)和Linux網(wǎng)絡實驗環(huán)境(http://222.18.54.26)。前者的服務包括:課程簡介、教學大綱、公告發(fā)布、文獻推薦、電子教案、網(wǎng)絡課堂、實驗指導、習題練習、文件下載及在線答疑等。

Linux網(wǎng)絡實驗環(huán)境(網(wǎng)站)的服務分為教師端、學生端和管理員端三部分。教師端功能包括:

(1) 教學班級創(chuàng)建與刪除:根據(jù)班級信息為每個用戶創(chuàng)建Web賬號和Telnet賬號,或刪除。

(2) 賬號管理:完成個別學生的Web賬號及Telnet賬號的創(chuàng)建、恢復與刪除。

(3) 作業(yè)管理:教師通過Web方式布置作業(yè),查看學生上傳的作業(yè),進行評分;以及對學生通過Telnet登錄完成的作業(yè)進行統(tǒng)計,包括作業(yè)數(shù)量及其屬性等。

(4) 試卷組卷:可以根據(jù)章節(jié)內(nèi)容和難度系數(shù)從試題庫中組卷,可以添加、修改和刪除試題。

(5) 公告發(fā)布:添加公告。

(6) 教學答疑:通過留言板實現(xiàn)。

學生端功能包括Web帳號密碼修改、查看本系統(tǒng)中自己的教學班、作業(yè)下載與上傳、教案下載、Telnet鏈接以及答疑系統(tǒng)。

管理員端功能主要完成教師帳號管理、公告信息管理、數(shù)據(jù)庫管理以及其他如IP地址、信息過濾等管理。

上述兩個操作系統(tǒng)網(wǎng)站的開通,充實和完善了網(wǎng)上的教學資源,改善了原有課堂講授的單一教學方式,提供了一個基于網(wǎng)絡的教學輔導的信息交互平臺,學生受益匪淺。

4建立基于Linux的“操作系統(tǒng)”課程網(wǎng)絡實驗環(huán)境

“操作系統(tǒng)”課程不僅是一門理論性很強的計算機專業(yè)基礎課,而且是一門實踐性很強的課程。要清楚地理解操作系統(tǒng)的精髓,親自動手參與實踐是很重要的。我們希望通過實踐教學,將抽象的操作系統(tǒng)概念及原理,形象化地傳授給學生,讓學生分析理解典型的操作系統(tǒng),緊跟飛速發(fā)展的操作系統(tǒng)技術。

Linux是一個完整的通用操作系統(tǒng),其源碼公開,結構簡單清晰,是一個極好的操作系統(tǒng)實驗藍本。因此構建基于Linux平臺的操作系統(tǒng)實驗環(huán)境,可以解決“操作系統(tǒng)”課程理論和實際脫節(jié)、理論抽象、實驗困難的現(xiàn)象,是提高“操作系統(tǒng)”教學水平的有效途徑。我們在不改變用戶計算機大多采用Windows系統(tǒng)的前提下,通過提供一個Linux服務器,構建了一個基校園網(wǎng)的、開放的“操作系統(tǒng)”教學實驗環(huán)境(http://222.18.54.26)。

在Linux實驗環(huán)境下,鼓勵學生深入Linux內(nèi)核,分析源代碼。在開源Linux系統(tǒng)中,學生可以仔細閱讀、分析源代碼,可以與書中介紹的原理、方法進行逐一比較,探究它是如何實現(xiàn)現(xiàn)代操作系統(tǒng)常規(guī)功能的。基于Linux的主題實驗分為三個層次:

第一層次為對課程內(nèi)容驗證的實驗。如學習使用Linux操作系統(tǒng),觀察Linux的行為,在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)進程的軟中斷通信、管道通信、內(nèi)核定時器等。通過實驗,使學生對課堂上講授的基本原理加深理解。

第二層次為設計性、個性化較強的綜合性實驗。包括對Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼的分析和修改,如在內(nèi)核中增加一條系統(tǒng)調(diào)用,虛擬內(nèi)存管理,設計并修改進程調(diào)度算法,設計一種新的設備驅(qū)動程序等。這些設計都包含對內(nèi)核的修改、重建或模塊機制,過程較為復雜。學生可以根據(jù)自己的興趣愛好,設計不同的內(nèi)核修改方案。一般配合“操作系統(tǒng)分析與設計”課程進行。

第三層次為構建“操作系統(tǒng)”課程實驗環(huán)境本身,指導四年級的學生在畢業(yè)設計中深入分析Linux內(nèi)核,修改、設計并實現(xiàn)新的算法或數(shù)據(jù)結構,開發(fā)實驗演示系統(tǒng),為有能力和有興趣的同學提供了技術提高環(huán)節(jié),也為今后從事相關的工作打下堅實的基礎。

通過以上三個層次的實驗鍛煉,學生的動手能力和創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng),受到歷屆學生的好評。

5結束語

精品課程建設是一項長期而艱苦的工作,它貫穿于教學的各個環(huán)節(jié)。在“操作系統(tǒng)”精品課程建設的歷程中取得上述一些經(jīng)驗和體會,主要得益于有一支素質(zhì)優(yōu)良的教學團隊。只要我們堅持教育教學改革,不斷更新和整合教學內(nèi)容,不斷改進教學方法,努力加強理論教學和實踐教學的有效結合,就能使教學水平不斷得到提高。

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