在操作系統課程教學中培養學生創新能力

摘要:本文闡述創新能力培養的重要意義以及創新能力的基本要素，分析計算機專業本科生創新能力培養的現狀，給出通過操作系統理論課教學培養學生創新意識和創新思維能力的方法，提出通過操作系統實驗教學培養學生創新技能的手段，通過在具體的教學中實施所提出的方案，學生的創新能力有了顯著提高。

關鍵詞:操作系統;創新能力;創新意識;創新思維;創新技能

2006年全國科技大會，黨中央、國務院提出了走自主創新之路和建設創新型國家的總體目標[1]，作為建設創新型國家培養人才主要基地的高校，在創新型國家建設中承擔著培養創新型人才的重要作用，因此創新型人才培養也成為各個學校、各個專業新的培養目標[2]。

創新能力是運用已有的基礎知識和可以利用的材料，并掌握相關學科的前沿知識，產生某種新穎、獨特且有社會價值或個人價值的思想、觀點、方法和產品的能力。創新能力由創新意識、創新思維、創新技能三大要素構成。所謂創新意識是一種驅使人去追求真理、追求發明創造的心理上的內在動力，是一種強烈的不安于現狀的愿望，是一種渴求知識的難以抑制的激情和好奇心[3]。創新思維以新穎的思路來闡明問題和解決問題，既可以是邏輯思維，也可以是非邏輯思維，在更多情況下是二者的整合。創新思維的基本特征包含有人類認識思維的一般特點，即以實踐為基礎，從問題出發并且是現實的反映和概括，正是這樣的特征決定了創新思維其實與科學認識是可以相容的[4]。創新技能是指進行創新活動所需要的基礎知識、專業知識、學習能力、實踐能力等。

1創新能力培養現狀及存在的問題分析

雖然我國一直在進行教育改革，提倡素質教育，但是目前我國還是采用高考定終身的教育制度，以高考為代表的應試教育制度長期以來制約了中國學生的創新能力。高考時不允許考生有微小的失誤和差錯，導致學生死記硬背。尤其是高考的閱卷是根據標準答案給分的，如果給出的答案跟標準答案不同，即使解題思路正確也不給分，這限制了學生創造性的發揮，難以發掘出具有創新能力的人才。

長期死記硬背式的基礎教育導致學生在升入大學之后明顯缺乏主動思考的意識，大多數所謂的好學生能夠認真聽講，但是不能積極思考，缺乏創新能力。具體表現在以下方面:

(1) 創新意識不強。大多數學生上大學之后雖然也有不安于現狀的愿望，但是他們對創新的理解不夠透徹，認為創新是一件很難的事情，離他們很遠，因此缺乏為實現愿望而渴求知識的激情，缺乏為改變現狀而行動的勇氣，缺乏為達到目的而積累知識的耐心和毅力。總而言之，有創新的愿望，沒有強烈的創新意識。

(2) 缺乏創新思維能力。大多數學生懶于進行深層次的思考，他們更多的是希望記住老師告知的答案，而不愿意通過自己思考得到答案，愿意知道結果而不愿意知道過程。大多數學生有從眾心理，無論是作業還是考試、無論是論文還是報告，喜歡順著別人的思路來思考而不愿意另辟蹊徑來解決問題。

(3) 創新技能欠缺。雖然，目前大多數大學生都掌握了創新所需要的基礎知識和專業知識，但是，他們的學習能力和實踐能力還有待進一步提高。

通過上面的分析，我們發現，無論是學生的創新意識、創新思維還是創新技能都非常欠缺，需要在日常的教學中有意識的進行培養，我們以操作系統課程為試點，進行了創新意識、創新思維和創新技能的培養，使學生在日常學習中慢慢培養自己的創新能力。

2理論教學中對學生創新意識和思維能力的培養

操作系統理論課的教學目的是通過對操作系統的基本原理，基本概念和基本方法的學習，使學生對操作系統這一軟件基礎平臺有基本的了解和掌握，從而能夠有效利用操作系統、編寫操作系統以及將系統程序開發方法應用到實際項目中。操作系統理論課中重點講解操作系統相關的原理、概念以及不同部分管理的算法，因此有人說，理論教學是學習已有的理論和概念，更強調死記硬背，對創新能力的培養起不到作用。但是我們在實際教學過程中發現，恰恰是理論課對培養學生的創新意識和創新思維很有幫助，重點是如何通過理論課的教學來有效培養學生的創新意識和創新思維。

在操作系統理論教學過程中，我們講課的重點并不是某一種類型的操作系統、某一種管理算法或者某一個概念，而是每種類型的操作系統的發展變遷過程，以及在每一次變化過程中人們需求的變化和思維方式的變化。在講解操作系統發展史的時候，按照手工操作——批處理系統——分時系統——實時系統——PC機操作系統——網絡操作系統——分布式操作系統的順序講解每一種類型的操作系統，并不是單純介紹每種操作系統的特點，而是分析前一種操作系統優點和不足，尤其是隨著技術的發展和人們需求的變化，此種操作系統不能滿足人們的需求之處，在此基礎上介紹為解決前一種操作系統存在的不足所給出的具體方案，人們的思考方式等，從而提出一種新的操作系統。每一種操作系統講解完之后都讓學生思考，指出該種操作系統存在哪些問題，讓學生參與到課程教學中，主動思考，讓他們思考可能的解決方案，即使學生給出的方案是錯誤，也加以鼓勵，同時幫助他們分析不足，并啟發他們給出正確的方案。

以單道批處理系統向多道批處理系統發展為例，講完單道批處理系統之后，我們給出了一個思考題:如果有兩道作業，每道作業都是先進行I/O，然后進行計算，每道作業的I/O需要20ms，計算需要10ms，I/O延遲忽略，在單道批處理系統下，運行兩道作業完成總共需要多少ms? CPU利用率是多少?系統效率是否可以提高?為了幫助同學理解，用了一個生活中的例子引導學生:小明早上起床后要燒水、洗臉、烤面包，燒水需要10分鐘，洗臉需要5分鐘，烤面包需要1分鐘，小明早上最少需要多長時間完成所有工作?通過對這樣一系列問題的思考啟發學生自己學習發現單道批處理系統存在的問題并給出解決方案。

在講解內存管理方案時，從最基本的單一連續區開始講起，然后讓學生逐一分析每種方案的不足，并給出可能的解決方案，注重的是思維過程而不是算法本身。例如在講解動態分區存儲管理算法之后，讓學生分析動態分區存儲管理算法的優點和缺點，并分析產生缺點的深層次原因，學生分析不夠透徹的時候教師予以補充，在師生共同努力下分析出深層次原因就是每個作業作為一個整體來申請空間，每道作業大小不一，對內存空間的多次重新分割造成的，找到根源之后，然后讓學生想辦法解決，以書的結構為例來引導學生，從而想出將內存空間事先分成大小相同的頁的結構來進行分配和管理。這樣，學生不是去記住算法，而是學會了分析問題的方法和解決問題的方法，同時在教學過程中多使用實際生活中學生熟悉的例子，讓學生知道解決問題的方法就在實際生活中，只要注意觀察生活，注意思考問題，創新不是什么難事。為了培養學生的創新意識，讓學生在實際生活和工作中注意觀察和思考，帶著懷疑和挑剔的態度去使用所有的工具。讓學生盡可能多的使用目前的Windows系統和Linux系統，并讓學生在使用過程中對這兩種系統的特點加以分析，進行比較，找出其中不足的地方并給出可能的解決方案。

學生通過發現問題從而學會了不滿足于現狀，進而具有了創新的意識;讓學生學會分析問題，找出癥結所在并想辦法解決問題，學生學會了積極思考改變現狀的思維方式，即具備了創新的思維方式。

因此通過理論課的教學使學生的創新意識和創新思維培養都取得了長足的進步。

3實驗教學中對學生創新技能的培養

理論課可以培養學生的創新意識和創新思維能力，提高學生的創新技能也是創新能力的一個重要方面，因此在日常教學中提高學生的創新技能也是一個重要的課題。學生的創新技能的培養可以通過實踐教學環節完成。

傳統的操作系統實驗教學主要通過編程實現進程管理算法、內存管理算法、文件管理算法、磁盤調度算法等。毋庸置疑，這些實驗環節可以鍛煉學生的編程能力，尤其是針對真實算法的編程能力，這在一定程度上鍛煉學生的實踐能力，但是這種能力的鍛煉與創新技能培養的要求還有一定的距離。創新技能要求學生不僅會編程，而且具備對實驗結果進行分析、比較的能力，分析每種算法適用于什么情況。另外創新技能的培養要求學生能夠以系統的觀點來分析問題，不是簡單的看一種算法的性能，而是看幾種算法組合在一起形成一個系統時，系統的整體性能。為培養學生這些方面的能力，我們在操作系統實驗設計上，除了基本的算法實驗外，根據學生的能力設計了課外選作實驗，主要包括兩方面的內容:

(1) 比較實驗。主要通過大量的實驗數據進行各種算法的性能比較，分析各種算法的適用情況，包括三個實驗:

① 動態分區存儲管理、頁式存儲管理、請求頁式存儲管理、段式存儲管理性能比較;

② 短作業優先調度算法、先到先服務調度算法、高響應比優先調度算法性能比較;

③ 先到先服務調度算法、SCAN、C-SCAN三種磁盤調度算法性能比較。

實驗要求:實驗數據是隨機生成的，每一個實驗中使用的實驗數據是同一組數據，要求每個實驗運行10次，比較10次的運行結果，對實驗結果進行分析。

(2) 綜合實驗。主要通過將進程調度算法、設備管理算法、內存管理算法、作業調度算法、文件管理算法組合成一個完整的系統，給出兩種組合，并比較兩種系統的性能。實驗要求:通過分析理論課上講過的每一種進程調度算法、設備管理算法、內存管理算法、作業調度算法、文件管理算法，從每個模塊中選擇一種或幾種組成一個完整的系統，給出系統設計方案，要求系統據有所有模塊的調度或管理功能，并闡述系統設計方案論證。實現該系統并通過實際運行分析該系統的實際運行和理論分析的差距。

在實際實施過程中，有一半同學能夠在完成基本實驗任務的情況下，完成選做實驗，并通過選做實驗提高了自己的創新技能。選做實驗的目的是提高學生的創新技能，一方面通過設計方案和設計復雜的程序鍛煉學生的設計能力及編程能力，另一方面通過分析實驗結果鍛煉學生的分析問題的能力。

4結語

總之，創新能力的培養是計算機專業本科教學中不可忽視的一個重要環節，創新能力將直接影響計算機專業本科生培養水平。通過操作系統課程的試點，研究課程教學中學生創新能力培養模式，總結經驗，找出差距，進一步完善創新能力培養體系，并將實驗結果推廣到其他課程的教學中，全面提高學生的創新能力，為培養創新型人才提供可行的方案。

參考文獻:

[1] 金晶. 改革機械設計實驗教學，培養學生創新能力[J]. 高校實驗室工作研究，2008(3):17-19.

[2] 戴敏，張志勝，史金飛. 大學生創新與實踐能力培養的探索[J]. 東南大學學報:哲學社會科學版，2008，10(增刊1):258-260.

[3] 羅李平，高正暉，彭白玉，等. 數學教育與創新意識[J]. 牡丹江大學學報，2008，17(12):126-128.

[4] 馬麗慧，馬群，佟曉君，等. 一堂趣味力學課程與培養學生創新思維[J]. 河北理工大學學報:社會科學版，2008(4):66-68.

The Training of Innovation Capability in Operation System Teaching

YU Hong， HE Nan， FENG Yan-hong， HUANG Lu， ZHANG Li

(School of Information Engineering， Dalian Fisheries University， Dalian 116023， China)

Abstract: The significance and factors of innovation capabilities training are expounded. Based on the analysis of the existing conditions of computer science undergraduates' innovation capabilities， the methods of innovation consciousness training and innovation thinking in operating system theory teaching are proposed.The means of innovation skills training in operating system practice teaching are presented. The proposed solutions are implemented in teaching. The undergraduates' innovation capabilities are extraordinarily improved.

Key words: Operating System; innovation capabilities; innovation consciousness; innovative thinking; innovative skill

(編輯:白杰)