“計算機操作系統”課程教學創新實踐

張　羽　谷建華　周興社

摘要:傳統的教學模式已不能適應現代“計算機操作系統”課程的教學需求。本文在該課程以往教學實踐和經驗的基礎上,對“操作系統”課程的教學實踐活動進行了總結,并提出了建立長效“實踐教學鏈”的新的教學模式,以培養本科生學習“操作系統”課程的興趣,從而提高他們的實踐創新能力。

關鍵詞:課堂教學;實踐教學;創新能力

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

“計算機操作系統”是計算機專業的一門重要專業基礎課,傳統的課程教學著重講授操作系統的基本概念和原理,課程內容主要包括進程管理、存儲管理、輸入輸出系統、文件系統、用戶接口五大部分。作為計算機專業的傳統必修課,“操作系統”課程的重要性是勿容置疑的,但該課程傳統的教學模式中存在以下幾個顯著的問題:

(1) 內容枯燥難懂,充斥著大量的原理和概念。由于很多教材的內容以及課堂的講解都很少與實際操作系統相聯系,學生往往覺得課程中的概念、原理抽象而且苦澀難懂,由此對課程學習缺乏興趣,最后以死記硬背對付考試。

(2) 課程的內容陳舊,遠落后于該領域最新的研究成果。如計算機系統安全、分布計算、嵌入式系統等內容幾乎沒有涉及。

(3) 課程實踐環節與理論學習嚴重脫節。由于課程內學時的限制,傳統的實驗環節往往是對主流操作系統(如Linux)的初步接觸與使用,而對操作系統內核本身沒有任何觸及,這樣學生在課堂中所學的操作系統原理以及概念流于形式,對以后從事這方面研究或系統開發工作的幫助十分有限。

本文針對操作系統傳統教學模式存在的問題,并在總結和完善該課程以往教學實踐和經驗的基礎上,提出了構筑全新的“教—學”體系,建立長效“實踐教學鏈”教學模式和實踐、嘗試創新型的“六步教學法”。我們“計算機操作系統”課程組將其運用在該課程的教學教育改革過程之中,取得了明顯的實際效果。教學質量顯著提高的同時受到了學生們的好評和院校兩級督導組的肯定。我們建設的“操作系統”課程已于2006年評為西北工業大學

校級精品課程;2007年獲得校級教育教學改革研究項目的資助;2008又獲得教育部——微軟精品課程資助。下面是對該課程課堂和實驗教學創新實踐的總結供同行及相關人士探討。

2重視課堂教學仍是現階段課程教學的基礎

2.1課堂教學,需要“適應國情”

盡管隨著我國教育和科技的發展,許多國內一流高校的計算機課程體系在不斷的改革,但對于地處西部的本科學生而言,不論從其自身的家庭環境,還是就讀高中的計算機教育情況都有所不同,因此計算機文化從一入學就參差不齊;加之大學三年的學習后,同學之間在對計算機本身的理解和實踐水平上相差甚巨。這種情況決不是個例,幾乎每年授課時都會遇到,所以主講教師在授課速度、課程內容以及授課方法的選擇上,需要在教材的基礎上制定可被大多數學生接受的教學大綱和計劃,以便使學生在最大程度掌握知識的同時提高學習興趣。在目前的國情下我們還無法做到一對一(或一對少量)的教學,因此在實施教學的過程中把握這樣一個原則,即主要抓中間,兼顧兩端,是我們這幾年在課堂教學方面的一個基本經驗。根據實際的學生反饋,這種照顧大多數學生“適應國情”的方法具有一定的推廣意義。

2.2課堂教學,需要“提高教師水平”

在所有課堂教學環節中,要達到高質量的課堂教學效果,教師的引領、啟發和向導作用必不可少。因此,教師需要做到對授課課程的熟練把握和對教學內容的融會貫通。具體而言,主講教師在全面熟悉教材的基礎上要做到以下幾點。(1)要全面了解計算機操作系統國內外發展的最新動向,對新老知識進行仔細的研究、取舍和銜接;(2)要全面、透徹的理解教學大綱要求,同時明確和了解教學對象的實際情況,在兩者之間找到平衡點,通過授課和練習,使學生的課程知識在大綱要求的基礎上更加豐富;(3)要加強教師的科研鍛煉,使其在實踐中深入理解計算機操作系統知識的內涵,通過參加科學研究、工程實踐及實驗教學,獲得書本、論文以外的一手信息,以便有效改善和提高自身的知識結構及教學水平。

2.3課堂教學,需要“抓住重點”

課堂教學的關鍵一點,就是要充分“吃透”教材和教學大綱所要傳授的教學內容。那么如何“吃透”呢?就是要盡可能多的搜集、整理和篩選國內外該門課程一流的教學及研究資料。我們知道現在某一門課程的一種教材往往做不到面面俱到,把所有知識點都能講解的十分清楚,因此通過對大量不同教材的仔細分析和比較,最終選擇和整理出闡述最清晰和最易于學生理解的那部分內容講授給學生,是我們多年在課堂教學方面的又一個基本經驗。

只有在大量分析和比較文獻和教材資料的基礎上,才能真正做到合理取舍,授課老師要清醒地認識到,把握好寶貴、有限的授課時間,抓住重點,講清難點是課堂教學成敗的關鍵所在。

3實踐教學創新才是本科生課程教學的真正目標

3.1樹立全新的“教—學”體系,明確實踐教學的目標

這幾年我們教學團隊根據“操作系統”課程體系中課程內容更新較快、綜合性強、實踐性強的特點,每年都對授課內容、電子課件等教學相關資料進行更新和優化,從而保證內容的新穎性以及對新方向、新技術的把握。教學團隊結合了卡內基梅隆大學的“learning by doing”等先進教學思想,形成了“理論講解+實例演示+綜合實驗+專業競賽”的遞增式“教—學”體系;為充實和構筑該教學體系,我們加強與國際一流IT公司在教學、科研方面上的合作。2005年起通過與SUN中國工程研究院的緊密合作,聯同北京大學、清華大學、國防科學技術大學、浙江大學、上海交通大學、北京航空航天大學等國內知名高校計算機專業的“操作系統”課程主講教師實施了OpenSolaris項目(旨在推動中國操作系統教學水平的提升)。在該項目中我們教學團隊承擔了核心的IPC內核部分的分析工作,為此后自主設計“西北工業大學操作系統教學創新實驗平臺”奠定了堅實的實踐基礎。2006年在Intel公司的資助下,基于Intel多核的“操作系統”課程實驗也相繼設計完成。這些實驗教學平臺的建立為主講教師提供了大量課堂“實例演示”和課內“綜合實驗”案例,為本科生感性認識和理解操作系統基本原理和概念起到了切實、有效的作用。與此同時,2006年4月我們作為牽頭單位舉辦了首屆全省知名高校操作系統教學研討會;2006年10月,又聯合SUN中國工程研究院和北京大學,舉辦了2006高校操作系統及Unix/C編程教學研修班,全國近30多所高校主講“操作系統”課程的老師參加了本次研修。通過上述多種形式的教學活動,使我們與全國一流計算機專業高校共同分享在“操作系統”課程體系教學改革方面的優秀理念和成果,更使我們“操作系統”課程體系的改革不斷地深化,逐步形成了四結合的全新“教—學”體系。

3.2建立“實踐教學鏈”,培養學生創新能力

前面介紹了“教—學”體系中“教”層面的課程建設工作,為了從“學”層面來落實“實踐教學”的目標,培養本科生學習“操作系統”課程的興趣和提高他們的實踐創新能力,我們建立了“實踐教學鏈”新的教學模式。所謂“實踐教學鏈”就是貫穿于本科生操作系統教學的5個一體化“實踐”活動。它們是“課內實驗+課程設計+全國競賽+大學生創新訓練+本科畢業設計”。通過“實踐教學鏈”的設置,使本來相互獨立的學習環節能系統的串接于整個課程的教學過程之中,進而加大了學生實踐操作系統知識的機會,延長了深入認識和理解操作系統內部機制的學習時間。我們的實踐經驗得出,特別是通過串接“全國競賽”、“大學生創新訓練”和“本科畢業設計”這三個實踐活動能有效促進學生對相關知識點的理解,改變傳統教學“滿堂灌”模式,調動學生的學習積極性和主動性,構建了學生的主體地位。2007年獲得首屆“SUN 2007創新之源編程大賽”二等獎的郭閻團隊就是這種全新教學模式的典型實例。他們在與老師充分討論的基礎上,通過利用Java反射機制建立了基于插件的Solaris內核可視化框架。作為“競賽”作品,實現了Solaris進程調度的可視化插件;作為“大學生創新訓練”的項目內容,實現了Solaris進程內存空間分配和釋放過程的可視化插件;作為“畢業設計”,又實現了UFS文件系統的文件檢索過程及磁盤尋道活動的可視化插件。通過這三個實踐活動的鍛煉,學生對Solaris的內核結構和機制有了深入的認識和理解,激發了學習熱情,并最終提高了他們的自信和實踐創新能力。

3.3實施“六步教學法”,增強知識融會貫通

結合上面5個一體化“實踐”活動,我們提出和嘗試了具體的本科操作系統學習“六步教學法”并使其融入到“實踐教學鏈”之中。第一步,要點提示。讓學生在上課前明確所將課程章節的學習重點。第二步,教材預習及設疑。讓學生預習將要授課的內容,并把不懂得內容紀錄并嘗試自己查找文獻及相關資料初步解決。第三步,講授釋疑。課堂內授課老師針對典型案例和第二步過程遇到的問題進行評析,并設置課后練習與單元總結。第四步,課內實驗。由老師設計相應的教學實驗環節,讓學生通過動手練習來理解課堂內容與相關技術。第五步,課程設計。通過課程設計系統學習重點內容,讓學生初步具有獨立驗證所學內容的能力。第六步,畢業設計與競賽結合。在畢業設計期間組織學生參加專業競賽,通過競賽活動讓學生能夠對所學知識融會貫通并得到實際應用。

通過建立上述“實踐教學鏈”和實施“六步教學法”,使學生在整個操作系統的學習過程,能循序漸進的進行系統訓練,大大提高了他們對該課程的興趣和理解,培養了實踐創新能力。

4結束語

當今世界,計算機技術的發展日新月異。因此,在“計算機操作系統”的教學中,在傳統教學的基礎上,必須充分發揮好教師和學生的共同力量,在努力抓好課堂教學質量的同時,致力于課程實踐教學的創新,并充分適應我國教育的基本“國情”,積極培養學生的創新思維和創新能力,為學生將來發展成為創新型人才,在自己的崗位上為國家計算機事業的大步發展做出貢獻奠定堅實的基礎。

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