“操作系統”課程研究型教學改革與實踐

聶斌

摘要 “操作系統”課程是計算機專業核心課，針對課程知識的概念、原理較多，學生感覺學習枯燥，動手實踐不夠等問題，提出采用研究型教學改革，通過教學方案設計、項目庫構建、案例講解、學生項目實踐與匯演等實施，有效提高課程教學質量和效果。

關鍵詞 操作系統 研究 項目 教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.04.056

Abstract The operating system course is a core courses of computer science， in view of the more concept and the principle of curriculum knowledge， the more students feel boring， the paper put forwards research-oriented teaching reform， through the teaching design， project construction， case interpretation， student project practice and performance， improve the teaching quality and effect.

Keywords operating system; research; project; teaching reform

1 研究型教學現狀

19世紀初德國教育學家洪堡[1]提出研究型教學的精髓是“教學與科研相統一”。將科學研究的各個元素滲透到教學全過程，通過豐富的教學實踐活動改變學生被動接受知識傳輸的教學方式，引導學生創造性地運用知識和能力，自主地發現問題、研究問題和解決問題，在合作研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學。它的重點是“研究”，核心是改變教師的教學方式和學生的學習方式，關鍵是將科學研究的元素滲透到教學過程的各個環節，目的是培養學生的創新精神和實踐能力。

研究型教學與我國人才培養目標高度契合。以培養學生創新能力為基本出發點，研究型教學是與國家創新體系和高等教育改革高度契合的一種現代教學模式。實施研究型教學是我國創建高水平大學的重要路徑和改革方向。

我國高校研究型教學已有相關實踐。我國高校中的一些課程引入了研究型教學，如“液壓傳動”、[2]“人工智能導論”、[3]“通信系統原理”、[4]“數據結構”[5]等課程對研究型教學改革進行了有益的探索和實踐，取得了一定的成果。

計算機專業的“操作系統”課程是專業核心課，其知識的基本概念、基本原理，基本內容相對固定、枯燥。而在教學中偏重說教理論，輕研究與實踐的問題普遍存在。

基于研究型教學的操作系統課程[6]還不多，尤其在中醫藥院校的計算機專業“操作系統”課程教學中的應用鮮見相關報道。

2 研究型教學改革與實踐實施過程

（1）理清教學內容，提煉教學重點，改進教學方案設計。“操作系統原理”概念較多，以湯小丹等所編“計算機操作系統（（第4版）高等學校計算機類十二五規劃教材）”為例，該書對傳統操作系統（0S）和現代操作系統均做了較為全面的介紹。全書共分12章：操作系統引論，進程的描述與控制，處理機調度與死鎖，存儲器管理，虛擬存儲器，輸入輸出系統，文件管理，磁盤存儲器管理，用戶接口，多處理機OS，網絡OS，多媒體OS 以及系統安全性等等。從存儲器管理來看，涉及存儲器的層次結構、程序的裝入和鏈接、連續分配存儲管理方式、對換（Swapping）、分頁存儲管理方式、分段存儲管理方式。隨著學習的推進，存儲器（本書主要指內存）相關概念及內容會在進程的描述與控制，處理機調度與死鎖，虛擬存儲器，文件管理，磁盤存儲器管理等章節中或隱或現，這就給初學者帶來諸多困惑。

筆者以為，“操作系統”教學要訣是參照教學大綱和實驗大綱，以培養學生的創新能力和動手能力為目標，緊扣操作系統定義這條主線，主要功能為切入點，以“計算機體系結構”為基礎，關聯“計算機常用算法”、“數據結構”、“編譯原理”等課程知識，通過“程序設計”的程序編寫能力，模擬實現課程所涉知識，并能提出和實現改進優化思想，提升能力。為此，在教學過程中，要做好以下工作：

理清教學內容顯得十分必要。操作系統定義可以理解為，操作系統是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地組織計算機工作流程，方便用戶使用的程序的集合。在教學內容上可以設計不同的邏輯框架，以操作系統的主要功能為例，如圖1所示，列出了主要功能及其部分相關的知識點，這些功能的知識點既有相對獨立，又存在相互聯系。

提煉教學重點是突破把握好課程內容的重要環節。各個章節都可以提煉重要或相對重要的知識點，特別是較重要的資源所涉及的知識點、以及各知識點交叉部分等，必須提煉出來，作為重點難點講，作為拓展項目來講。比如存儲管理的分配算法、分頁存儲管理、頁面調度算法等。

改進教學方案設計是教學有效性的前提。在教學方法的設計上，除了采用學導式教學方法、“構造情景，設置懸念”式教學方法、“案例驅動”式教學方法、“自學為主”教學方法、“基于任務的作業管理”教學方法、 “因材施教”式教學方法、課前導入教學方法、課后總結教學方法外，還設計了“研究型”式教學法，并以此方法貫穿到其它方法中。

（2）深入研究，精心設計，構建“操作系統”研究與實踐項目庫。通過深入調研，緊扣計算機發展前沿，設計構建“操作系統”項目庫，作為“項目驅動”的典型教學案例。以磁盤調度算法為例，先來先服務、最短尋道時間優先、掃描算法、循環掃描算法、NSTEPSCAN算法、FSCAN算法、其它改進算法等至少7個小項目，要求從原理、特點、算法、實現情況、選題同學、提交文檔、匯演等方面考察學生。

（3）以科學研究為指導思想，采用項目驅動教學法，改革課堂教學模式。以研究型為指導思想設計教學方案，將科學研究滲透到每個教學環節中。以項目為驅動，將課程各主要章節的知識點貫穿于項目設計的全過程中，使學生不僅掌握了“操作系統”基本概念、工作原理，同時還具備算法設計分析、改進和程序編寫能力。

（4）改革實驗教學方法，培養學生研究和實踐動手能力。在實驗教學中，因材施教。根據不同學生的實際情況，由學生自主選擇候選實踐項目，使學生帶著真實的任務在探索中學習，通過查閱文獻，分析問題、解決問題，在項目設計的過程中完成實驗教學任務，培養學生研究能力、實踐能力和創新意識。

（5）打破課程孤島現象，建立課程間有機聯系。根據計算機課程體系特點，在教學內容設計上加強“操作系統”與“數據結構”、“計算機常用算法”、“程序設計”等課程的聯系，夯實相關課程知識，提升知識的綜合運用水平和能力。

（6）課堂匯演。組織學生在課堂上對項目研究與實現情況進行匯演，分別從項目報告、實現代碼及程度、項目說明書撰寫、表達能力等方面考察，同時在展示過程中，其它同學從中受益。

（7）創新評價體系，實行課程多元化考核。創新學習評價體系，實行多元化考核。對學習過程和結果都進行評價，其中，過程評價內容包括查閱文獻、提出問題、分析問題、解決問題、實驗報告撰寫能力等，以及團隊合作意識、創新意識和實踐能力等，結果評價內容主要包括研究作品和考試成績。

3 研究型教學改革與實踐結果分析

采用學校某學院教務系統自制成績分析軟件，對有無采用研究型教學改革與實踐學生進行比較分析，結果如圖2和圖3所示。

從兩組數據，以及圖2和圖3展示情況，可作如下分析：

（1）常規教學班級，學生成績集中在60分至80分之間，占總人數的77.78%;80分到100分占總人數的22.22%;應當說達到了教學的基本要求，教學效果基本是滿意的。

（2）研究型教學改革與實踐班級，學生成績集中在70分至90分之間，占總人數的76.19%;90分到100分占總人數的2.38%;60分以下占總人數的11.9%。經過調查了解，考察到5名在60分以下的同學的情況，主要是沒有重視課程學習，其中有2名學生是因為側重考研復習，1名學生是參加企業培訓，1名學生畢業意向不準備從事計算機專業工作。可以認為，經過研究型教學訓練的班級，可以認為大部分同學的成績及學習效果有明顯提升，總體達到了改革預期效果。

4 “操作系統”開展研究型教學改革與實踐的體會

學校的關心和支持是教學改革的重要保障，教師的責任心和能力是保證研究型教學效果的前提，教學熱情和教學投入是教學效果的基礎，實施過程落實到位是教學效果的重要環節，學生的配合也是一個重要因素。為了教學改革工作繼續深入和推進，今后還要加強對新理論、新成果的吸收和應用，及時追蹤計算機領域、特別是操作系統最新研究進展，并涉獵相關學科知識，不斷充實和優化知識結構。另外，在教學改革過程中要始終以學生為中心，虛心聽取學生想法與建議，教研相長、教學相長、師生良性互動。

通過開展研究型教學，學生對操作系統所涉及的理論知識的掌握程度，比接受常規教學的學生有較大提高。值得一提的是，學生文獻閱讀能力、發現問題的思維能力、課程間知識聯系能力、團結協作能力，解決問題的動手能力、說明書撰寫能力等，都得到訓練和提高。

參考文獻

[1] https：//baike.baidu.com/item/%E6%B4%AA%E5%A0%A1%E5%A4%A7%E5%AD%A6/3458384？fr=aladdin

[2] 劉成強，姜繼海.基于液壓變壓器的“液壓傳動”課程研究型教學模式的探討[J].液壓與氣動，2018（11）：76-81.

[3] 余磊，汪弋鳶，周瑜晗.基于CBL教學法的“人工智能導論”課程研究型教學改革與實踐[J].課程教育研究，2018（37）：226-227.

[4] 余磊，周瑜晗，汪弋鳶.基于雙語教學的“通信系統原理”課程研究型教學改革與實踐[J].教育現代化，2018.5（14）：75-77.

[5] 布輝.數據結構課程研究型教學模式的探索與實踐[J].電腦知識與技術，2017.13（23）：113-114，117.

[6] 王之元，周云，易曉東，王彥臻，楊紹武，張博，陳娟.機器人操作系統研究型課程建設[J].計算機教育，2016（01）：77-80.