邊學邊干：操作系統課程教學改革的探索與實踐

宋廣華　李善平　鄭扣根

摘要以培養創新型人才為目標，探討了新形勢下操作系統課程改革的思路；提出了“邊學邊干”的教學理念；闡述了在課程設置與教材建設、多元化教學手段、師資隊伍建設等方面的探索與實踐。

關鍵詞操作系統Linux教學手段邊學邊干

操作系統作為計算機科學與技術專業的核心支撐軟件，從來都是各院校計算機專業課程建設中的核心專業課程。

隨著計算機應用向縱深方向的進一步拓展，計算機操作系統課程的重要性日益突出。早期計算機專業的學生學習操作系統，往往局限于基本理論知識的掌握和一些典型算法的實踐，那時候，學生很少有機會去了解操作系統的內部結構和實現技術。當前，開放源代碼軟件日益深入人心，以Linux為代表的開放源代碼操作系統軟件，已成為大學生尤其是研究型大學學生學習、研究計算機基礎支撐軟件的首選。這為大學操作系統課程教學提供了更好的實驗平臺，但也提出了更高的要求。

本文討論了浙江大學計算機學院操作系統課程教學改革的探索與實踐。

1 課程的培養目標

圍繞著浙江大學以“知識（Knowledge）、能力（Ability）、素質（Quality）”（簡稱KAQ模式）為目標的辦學理念，該校計算機學院操作系統課程在專業培養目標中的定位與課程目標是：

（1）以培養學生實際動手能力為宗旨，堅持“理論指導實踐、實踐強化理論”的指導思想，走“邊學邊干”的教學路線；

（2）針對本學院學生理論基礎扎實、英文功底強的優勢，采用國外優秀的原版教材，旨在培養學生掌握最先進的操作系統原理、算法及技術；

（3）培養學生“主動學習”的興趣與能力，在要求學生完成基本實驗的基礎上，鼓勵、吸引學生學習、研究乃至改進最新的操作系統實現技術，從而激發他們的研究創新能力。

2 課程內容與教材建設

2.1課程內容

操作系統原理是操作系統課程建設中的基礎。類似于其他計算機軟、硬件技術的發展，操作系統也經歷了系統結構與實現技術的變更與發展。早期的操作系統由于受硬件、程序設計語言及軟件設計技術的限制，一些設計原理與實現技術相比較于現代操作系統來講已經過時或不合理了。因此，在確定操作系統原理授課內容時，我們積極跟蹤國外最新的操作系統原理教材，摒棄掉傳統操作系統原理中那些過時的知識，取而代之的是現代操作系統中普遍采用的設計原理與實現技術。譬如，我們摒棄了傳統操作系統中的作業及作業管理的概念，強化了進程及線程的概念。這樣一方面可以充分利用有限的授課時間，向學生介紹最新的操作系統原理與技術，另一方面可以提高學生學習操作系統原理的積極性和主動性，從而達到良好的教學效果。

為了充分貫徹“邊學邊干”的教學理念，我們圍繞現代操作系統原理中的重要概念與方法，設計了基于Linux的七個主題實驗，這些主題涵蓋了Linux的內核重建與shell、系統調用、進程同步、進程調度、虛擬存儲、設備驅動及文件系統，其中兩個是必做題，其余五個主題要求學生選擇其中至少三個主題進行實驗，或至少選擇其中的兩個主題，然后再自行確定一個自己認為有意義的主題。實驗時，學生可以分小組進行，每個小組人數一般不超過三人，實驗后要求學生按組提交實驗報告及相應的代碼，如果時間允許，還可以有選擇性地安排部分小組在課堂上進行實踐經驗交流。

這些實驗由淺入深，既有Linux使用環境與使用技能等基本內容，又有圍繞Linux內核實現機制展開的深入內容。通過這些實驗，既激發了學生學習Linux的興趣和主動性，又訓練了學生分析問題、解決問題的綜合能力，起到了非常好的效果。

在確定課程內容的基礎上，為了強化實踐，我們在國內率先開展了Linux操作系統源代碼分析實驗并開設了專門的實驗課程。目前，本科生操作系統原理與實驗已單獨開課，課程名稱分別為“操作系統原理”和“操作系統分析與實驗”，均為專業必修課，分別為3學分和2學分。為了讓學生真正能“邊學邊干”，在課程安排上，我們將“操作系統原理”安排在秋、冬兩學期（浙江大學已對全校本科生、研究生全面實行四學期制），將“操作系統分析與實驗”安排在冬學期。這樣，學生在秋學期有充裕的時間系統地學習現代操作系統的基本原理，而在冬學期，就可以“邊學邊干”，很好地貫徹“理論指導實踐，實踐強化理論”的教學思想。

2.2教材建設

我們在積極跟蹤國內外優秀操作系統教材的基礎上，確定采用國外的影印版教材，目前本科生采用的是《Operating System Concepts，6th edition》。為了讓學生不至于產生枯燥、乏味的學習情緒，我們在總結多年教學經驗的基礎上，聯合浙江省兄弟院校操作系統原理的骨干教師，編寫了操作系統原理學習輔助教材——《操作系統學習指導與考試指導》。該輔導教材收集整理了大量的操作系統原理習題及解答方法，且涵蓋了教材中的絕大部分習題的解答方法。學生可以有選擇地做其中的習題，起到了鞏固知識、總結學習成效的作用，同時提高了學生的考試“實戰”能力，為日后參加研究生入學考試打下了堅實的基礎。

由于目前國內尚缺乏有針對性的基于Linux的操作系統分析與實驗教材，我們在總結多年的Linux教學實驗經驗的基礎上，編寫了一本Linux操作系統實驗教材——《邊干邊學：Linux內核學習指導》。本科生、研究生以此實驗教材為基礎，開展Linux相關實驗與內核研究，取得了良好的效果。

另外，結合課程團隊各教師多年來開展的與操作系統、嵌入式系統等的科研成果，我們編寫出版了大量的與Linux實驗相關的著作，如《Linux 2.4內核源代碼分析大全》、《Linux與嵌入式系統設計》等，并把它們介紹給學生，作為操作系統課程的參考書，擴大學生的知識面，并使學生對Linux實驗的重要性有更深的認識。

3 多元化的教學手段

傳統的操作系統課程教學的理論性較強、內容抽象。授課時，常采用集中的“灌輸式”課堂授課，缺乏實踐。學生在實際使用計算機時，也很難找到這些抽象理論在實際操作系統中的應用。這使得學生對操作系統理論難以理解和實踐。這種教學方式已不能適應新形勢網絡時代的教學要求。

圍繞操作系統課程的教學目的，我們展開了教學方式的大膽嘗試，采用了多元化的教學手段。

3.1靈活運用多種教學方法，培養和提高學生的學習能力

教學中強調個性化教學，開放式課堂。將師生的交流，從傳統的課堂拓展到課堂、網絡討論、電子郵件、實驗室、機房。注重討論式及啟發式教學。在研究生課程中，安排三分之二的課時組織討論班。由學生自由組合項目，自主選則項目的設計、開發，并在討論班上交流研發成果。

教學方法和手段不拘形式，只要有利于教學，全部充分利用。目前采用的教學手段包括：多媒體教室、多媒體課件、網絡課件、Internet、電子郵件、原版英文教材、雙語教學、網上作業、網上答疑、BBS論壇、操作系統資源網站等。另外，學生利用自備電腦查資料、作實驗，吸收學生參加操作系統研發項目，引薦學生去公司實習等，都正在采用。

網絡教學環境方面，http://linux.zju.edu.cn已在校園網內部運行數年，提供課程資料、Linux內核代碼閱讀工具、操作系統學習資料下載、通知發布等服務。2003年新建立的操作系統資源網站http://os.zju.edu.cn面向全國，學生即使在校外也能充分地享用豐富的教學資源。網站中新增的服務包括：習題布置、提交、批改，網上答疑，論壇，FAQ，下載實驗樣例、教學大綱、課程簡介、教學日歷、授課教案、課件、實驗指導、參考文獻，考試題庫。通過網絡教學這一先進手段，大大提高了教學效率，營造出了教師與學生良好的溝通氛圍。

3.2教學中強調理論聯系實際，強調教研結合

主講老師帶領所有學生，運用剛剛學到的操作系統理論，深入學習、分析Linux 內核源碼，進一步鞏固所學知識。相應的，考核內容既有操作系統原理，又有Linux實驗。

學生除了完成操作系統實驗外，還被積極吸引、參與到計算機學院老師的相關的嵌入式系統方向、應用服務器、集群計算、網絡系統等項目的研究和開發工作中。這些學以致用的實踐活動，不僅為學生操作系統的學習創造了難得的機會，而且也提高了浙大計算機專業學生在研發能力方面的競爭力。例如，學生自發組織的“自主操作系統內核開發”、“Gonux操作系統的開發和代碼解釋”等項目得到了浙江大學的SRTP計劃資助，立項開發新一代操作系統。

4 教師隊伍的建設

優秀的教師隊伍是保證課程教學質量的先決條件。早在上世紀80年代初期，浙江大學操作系統課程教師組就開設了以Unix核心代碼為對象的源代碼分析實驗，在國內同行中產生了很大的影響。20多年來，操作系統課程教師隊伍不斷充實，教師的業務素質不斷提高。在保持高水平的教師隊伍方面，我們采取的重要舉措有下面幾點。

4.1“邊教邊研”，提高教師業務水平

擔任操作系統課程教學的教師是學院的科研一線隊伍，基本上都承擔了嵌入式系統、網絡與集群計算、應用服務器等方向的科研項目。這些科研項目與操作系統技術緊密相關。通過這些項目的開發與研究，教師“邊教邊研”，在操作系統尤其是Linux方面始終站在技術的前沿。

4.2加強教學經驗交流，提高教學水平

課程組經常派教師參加全國高校操作系統課程研討會、微軟操作系統技術研討會等各類教學研討會，學習、吸收同行的先進教學方法。主講教師多次在IBM大學活動周、Motorola大學等各種會議被邀介紹經驗。在2003年全國高校操作系統教學研討會上，課程組詳細介紹了我們的教學經驗，得到了全國高校同行的廣泛肯定。

4.3競爭機制的引入

引入合理、有效的競爭機制是提高教師業務水平的重要手段。早在1994年，操作系統課程教師就進行了較大的變動，以目前的課程負責人為主，通過公開試講并由教學委員會表決的方式，成立了由充滿活力、業務能力強的中青年骨干教師組成的課程教師隊伍。十多年來，教師隊伍的建設始終堅持這樣的競爭機制，適時地吸收了那些在操作系統領域業務能力強、學歷高、教學認真負責的青年教師。

近幾年，又引入了學生自由選擇任課教師的機制，選課人數少的教師將暫停開課，這給任課教師帶來了直接的壓力。現在，任課教師都投入大量的精力來提升自己的業務水平。

5 結束語

經過十多年的探索與實踐，操作系統課程已成為浙江大學計算機學院的特色專業課。然而，操作系統是一門抽象的課程，掌握最新操作系統原理、提高對現代操作系統的實踐能力，依賴于教、學雙方的不懈努力和教學方法的不斷創新。為適應新形式下我國信息技術加速發展的需要，計算機科學中的核心課程教學必須大膽創新、敢于實踐，開創創新型人才培養的新局面。

參考文獻

[1]李善平，陳文智等.邊干邊學：Linux內核學習指導.浙江大學出版社，2002.

[2]李善平等.操作系統學習指導和考試指導.浙江大學出版社，2004.

[3]黃廷輝，陳智勇，許倩霞.“操作系統原理”課程改革初探.桂林電子工業學院學報,2002,22（2）.

[4]康麗軍.關于操作系統課程改革的探索與實踐.太原大學學報，2004，5（3）.