高校計算機操作系統(tǒng)課程游戲輔助教學(xué)研究

朱雪瑩

摘要：計算機操作系統(tǒng)是計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的重要課程，涵蓋了操作系統(tǒng)的原理、設(shè)計和實現(xiàn)。在當今數(shù)字化時代，計算機操作系統(tǒng)的教育變得愈加重要，因為操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，直接影響到計算機性能、可靠性和安全性。高校計算機操作系統(tǒng)課程的教學(xué)一直以來都是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，教師們一直在探索各種方法來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和興趣。探討教師在游戲輔助教學(xué)中的角色、教學(xué)策略以及游戲如何幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用操作系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：高校；計算機操作系統(tǒng)；課程游戲；輔助教學(xué)

一、前言

在過去的幾年里，游戲輔助教學(xué)逐漸成為高校教育中的一種新趨勢，教育游戲不僅可以增加學(xué)生的參與度，還可以提供解決實際問題和團隊合作的機會，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。在計算機操作系統(tǒng)課程中，游戲輔助教學(xué)可以提供一種全新的方式來幫助學(xué)生理解和應(yīng)用復(fù)雜的操作系統(tǒng)原理和概念。通過探究不同類型的教育游戲，思考游戲如何與操作系統(tǒng)課程內(nèi)容相結(jié)合，可以為學(xué)生提供更具吸引力的學(xué)習(xí)體驗。游戲輔助教學(xué)不僅可以提高學(xué)生的學(xué)術(shù)表現(xiàn)，還可以增強學(xué)生的學(xué)科興趣，從而培養(yǎng)更具創(chuàng)造力和創(chuàng)新力的計算機人才。

二、高校計算機操作系統(tǒng)課程的特點分析

高校計算機操作系統(tǒng)課程的顯著特點是理論與實踐相結(jié)合，學(xué)生不僅需要理解操作系統(tǒng)的原理和概念，還需要親自進行實踐操作，所以要求課程既包括課堂理論教學(xué)，也包括實驗和項目作業(yè)，以確保學(xué)生的理論知識能夠應(yīng)用到實際情境中，從而提高實踐能力。計算機操作系統(tǒng)是復(fù)雜而抽象的主題，是高校計算機操作系統(tǒng)課程的特點之一，學(xué)生需要理解操作系統(tǒng)的各個組成部分、功能和相互關(guān)系。計算機操作系統(tǒng)的復(fù)雜性和抽象性對學(xué)生的思維能力和分析能力提出了挑戰(zhàn)，需要學(xué)生具備較高的抽象思維水平。計算機操作系統(tǒng)課程通常涵蓋多種操作系統(tǒng)，如Windows、Linux和macOS等，多樣性能夠使得學(xué)生了解不同操作系統(tǒng)的特點和應(yīng)用場景，培養(yǎng)了學(xué)生的跨平臺技能，學(xué)生將有機會比較和對比不同操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點，為將來選擇適合的操作系統(tǒng)做好準備。計算機操作系統(tǒng)課程強調(diào)系統(tǒng)性思維，能夠培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計和分析能力，使其能夠更好地理解和解決復(fù)雜的計算機系統(tǒng)問題。此外，計算機操作系統(tǒng)領(lǐng)域不斷發(fā)展和更新，因此高校操作系統(tǒng)課程也需要保持與行業(yè)趨勢的同步，課程內(nèi)容需要不斷更新，以反映新興技術(shù)和挑戰(zhàn)，學(xué)生需要了解最新的操作系統(tǒng)發(fā)展，為學(xué)生在職業(yè)生涯中跟上行業(yè)動態(tài)提供了基礎(chǔ)[1]。

三、游戲輔助教學(xué)在高校計算機操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用優(yōu)勢

計算機操作系統(tǒng)課程一直以來都是高校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中的重要組成部分，涵蓋了操作系統(tǒng)的原理、設(shè)計和實現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)方式過于枯燥和抽象，學(xué)生通常面臨理論知識的理解和實際應(yīng)用之間的難題。在該背景下，游戲輔助教學(xué)應(yīng)運而生，為高校計算機操作系統(tǒng)課程注入了新的活力和趣味，其優(yōu)勢包括：第一，提高學(xué)生參與度。游戲輔助教學(xué)在計算機操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用能夠顯著提高學(xué)生的參與度。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)通常以教師為中心，學(xué)生被動接受知識，而游戲化教學(xué)將學(xué)習(xí)過程變得更加生動和具體，學(xué)生可以參與其中，積極探索和解決問題。通過游戲，學(xué)生變成了課程的主角，其主體地位得到充分尊重，從而能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。第二，加強實際問題解決能力。游戲輔助教學(xué)不僅提高了學(xué)生的參與度，還加強了學(xué)生的實際問題解決能力。在操作系統(tǒng)課程中，學(xué)生通常需要面對復(fù)雜的問題，如內(nèi)存管理和文件系統(tǒng)設(shè)計等，通過教育游戲?qū)W生可以在虛擬環(huán)境中模擬和解決問題，學(xué)生可以嘗試不同的解決方案，分析問題的根本原因，培養(yǎng)邏輯思維和問題解決技能[2]。第三，促進團隊合作。在計算機操作系統(tǒng)課程中，學(xué)生一般需要在團隊中協(xié)作完成項目和實驗，游戲輔助教學(xué)可以促進團隊合作，使學(xué)生學(xué)會協(xié)同工作，共同解決問題。教育游戲通常設(shè)計為多人游戲，學(xué)生需要共同制定策略、分工合作，并互相協(xié)助完成任務(wù)，團隊合作的經(jīng)驗不僅有助于學(xué)術(shù)項目的完成，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的溝通和協(xié)作能力，對未來職業(yè)生涯發(fā)展具有重要作用。第四，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。游戲制作者需要構(gòu)思新穎的情節(jié)和解決方案，以吸引玩家。在操作系統(tǒng)課程中，教育游戲可以鼓勵學(xué)生思考和設(shè)計新的操作系統(tǒng)功能和解決方案，通過參與游戲，學(xué)生可以培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性解決問題的能力，對學(xué)生未來的研究和職業(yè)發(fā)展具有重要意義。第五，提供實踐經(jīng)驗。操作系統(tǒng)是一個復(fù)雜的領(lǐng)域，理論知識需要與實際操作相結(jié)合才能更好地理解，教育游戲為學(xué)生提供了實際操作系統(tǒng)的機會，學(xué)生可以模擬操作系統(tǒng)的管理和維護工作。通過虛擬環(huán)境中的實踐經(jīng)驗，學(xué)生可以更好地理解操作系統(tǒng)的運作原理，掌握實際技能，為將來的職業(yè)生涯做好準備[3]。

四、高校計算機操作系統(tǒng)課程中游戲輔助教學(xué)的應(yīng)用策略

（一）選擇正確的游戲融入方式

為了在操作系統(tǒng)課程中引入游戲化元素，需要重新設(shè)計課程內(nèi)容，使之更具互動性和趣味性，可以通過將課程內(nèi)容進行轉(zhuǎn)化，例如學(xué)生可以被要求解決模擬的操作系統(tǒng)問題、管理虛擬資源、協(xié)作解決復(fù)雜任務(wù)。任務(wù)可以模擬實際操作系統(tǒng)，通過該方式學(xué)生將更容易理解和應(yīng)用課程內(nèi)容。在操作系統(tǒng)課程中，情節(jié)化教學(xué)是重要策略，通過創(chuàng)建連續(xù)的故事情節(jié)，將課程內(nèi)容有機地融入其中，使學(xué)生更容易理解和記憶，例如可以設(shè)計虛擬操作系統(tǒng)世界，學(xué)生需要在該世界中完成任務(wù)和挑戰(zhàn)，如管理虛擬機器、調(diào)度進程等，情節(jié)化教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的好奇心和興趣，使學(xué)生更投入學(xué)習(xí)。在操作系統(tǒng)課程中，虛擬實驗和模擬具有重要作用，通過使用操作系統(tǒng)模擬器或虛擬實驗平臺，學(xué)生可以在更加真實的環(huán)境中學(xué)習(xí)相關(guān)知識，實踐性的學(xué)習(xí)方式有助于加深學(xué)生對操作系統(tǒng)原理的理解，同時提供了安全的環(huán)境讓學(xué)生探索和實驗。在游戲化教學(xué)中，協(xié)作和競爭元素可以增加學(xué)生的互動和動力，學(xué)生可以分成小組共同解決復(fù)雜的任務(wù)，或者進行比賽來測試學(xué)生操作系統(tǒng)的技能，合作和競爭激發(fā)了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果 [4]。

（二）操作系統(tǒng)課程教案設(shè)計

教學(xué)方法的創(chuàng)新一直是教育改革的重要一環(huán)，而將游戲化設(shè)計引入計算機操作系統(tǒng)課程似乎是個全新的嘗試。這種教學(xué)方法通過讓學(xué)生親身參與“游戲”，幫助他們更好地理解和掌握操作系統(tǒng)中的重要概念，如處理機管理和內(nèi)存管理。

首先，教師可以通過設(shè)計一個角色來類比計算機中的CPU。在這款“計算機操作系統(tǒng)”游戲中，這個角色可能叫做“處理機戰(zhàn)士”，他有自己的技能，比如任務(wù)調(diào)度和進程切換。他的任務(wù)是在有限的時間內(nèi)完成盡可能多的工作任務(wù)。工作任務(wù)（類比計算機程序）源源不斷地從一個稱為“任務(wù)隊列”的地方送來。處理機戰(zhàn)士必須根據(jù)各種任務(wù)調(diào)度算法，如先來先服務(wù)（FCFS）、最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）或優(yōu)先權(quán)調(diào)度等，來決定處理任務(wù)的順序。在游戲中，學(xué)生可以在不同的調(diào)度策略下嘗試操作處理機戰(zhàn)士，親身感受不同策略下的優(yōu)缺點和應(yīng)用場景。

其次，內(nèi)存管理設(shè)計。在游戲中，可以設(shè)計一個稱為“內(nèi)存守衛(wèi)”的角色。他的任務(wù)是管理系統(tǒng)內(nèi)存的分配和回收。他有多種可能的技能，比如分段、分頁、虛擬內(nèi)存管理等。這些技能允許內(nèi)存守衛(wèi)更有效、更安全地管理內(nèi)存資源。他的工作需遵循各種內(nèi)存管理算法，如最先適配、最佳適配、最壞適配等。學(xué)生可以通過在游戲中扮演內(nèi)存守衛(wèi)角色更透徹地理解內(nèi)存管理的復(fù)雜性和重要性。

在游戲中，學(xué)生們需要參與挑戰(zhàn)和解決現(xiàn)實世界中計算機操作系統(tǒng)可能遇到的問題。例如，如何選擇合適的任務(wù)調(diào)度策略以優(yōu)化CPU利用率、如何處理內(nèi)存碎片的問題、如何實現(xiàn)虛擬內(nèi)存以提升內(nèi)存利用率等。在解決這些問題的過程中，學(xué)生們不僅將學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實際中，而且還可以通過親身體驗，更深入地理解操作系統(tǒng)中的一些原理和設(shè)計決策。

（三）結(jié)合課程內(nèi)容優(yōu)化游戲設(shè)計

在結(jié)合課程內(nèi)容優(yōu)化游戲設(shè)計之前，教師需要明確定義操作系統(tǒng)課程的核心概念和技能，仔細分析課程大綱，確定最重要的內(nèi)容，然后將其作為游戲的關(guān)鍵要素。核心概念和技能明確后，接下來就是設(shè)計游戲化任務(wù)和挑戰(zhàn)，以傳達概念和技能，任務(wù)和挑戰(zhàn)應(yīng)該與實際操作系統(tǒng)相關(guān)，能夠讓學(xué)生親身體驗和應(yīng)用所學(xué)的知識。為了提高學(xué)生的參與度，游戲設(shè)計應(yīng)該包括引人入勝的情景，情景教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，讓學(xué)生更容易理解和記憶課程內(nèi)容，例如可以創(chuàng)建虛擬世界，學(xué)生需要在其中解決一系列的操作系統(tǒng)問題，以解鎖新的任務(wù)和挑戰(zhàn)，情景教學(xué)方式使學(xué)習(xí)變得更具吸引力和有趣。為了在計算機操作系統(tǒng)課程中成功應(yīng)用游戲輔助教學(xué)，需要引入游戲化元素，元素可以包括成就系統(tǒng)、排行榜、任務(wù)和挑戰(zhàn)等，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)過程中獲得即時的反饋和獎勵，激發(fā)學(xué)生的興趣和動力。在計算機操作系統(tǒng)課程中，聯(lián)機協(xié)作游戲是一種有利的策略，該游戲要求學(xué)生在團隊中協(xié)作解決問題，模擬操作系統(tǒng)的真實環(huán)境，學(xué)生可以扮演不同的角色，如系統(tǒng)管理員、用戶或應(yīng)用程序開發(fā)人員，共同解決復(fù)雜的操作系統(tǒng)問題，通過該方式學(xué)生可以實際應(yīng)用在課堂上學(xué)到的知識，同時培養(yǎng)團隊合作和解決問題的技能，游戲設(shè)計可以幫助學(xué)生更好地理解操作系統(tǒng)的工作原理和互動，增強學(xué)生的實際操作技能。

（四）加強游戲輔助教學(xué)過程引導(dǎo)

為了確保學(xué)生能夠充分參與游戲化教學(xué)，游戲規(guī)則和指導(dǎo)應(yīng)該清晰明了，教師應(yīng)該向?qū)W生解釋游戲的規(guī)則、任務(wù)和挑戰(zhàn)，以便學(xué)生知道如何玩游戲并達到目標，從而避免學(xué)生因不明白游戲規(guī)則而感到困惑。在游戲輔助教學(xué)中，及時反饋對于學(xué)生的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，教師應(yīng)該為學(xué)生提供及時、具體、細致的反饋，告訴學(xué)生在游戲中的表現(xiàn)如何，以及如何改進，幫助學(xué)生理解錯誤并提供解決方案，通過提供有效的反饋和引導(dǎo)，教師可以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用操作系統(tǒng)的知識。為了發(fā)揮游戲輔助教學(xué)的作用，教師可以提供額外的學(xué)習(xí)資源和支持，包括在線教程、參考資料和學(xué)習(xí)工具，學(xué)生可以在需要時訪問資源，以更好地理解操作系統(tǒng)的概念，額外的支持可以增加學(xué)生的學(xué)術(shù)成功概率和學(xué)習(xí)滿意度。游戲化教學(xué)鼓勵學(xué)生之間的合作和討論。

（五）開發(fā)游戲輔助教學(xué)平臺

在開發(fā)游戲輔助教學(xué)平臺之前，開發(fā)人員需要進行詳盡的需求分析，與教師、學(xué)生以及其他利益相關(guān)者合作，明確課程教學(xué)對于該平臺的期望和需求，包括課程目標、學(xué)生水平、教學(xué)資源、技術(shù)要求等，通過深入了解需求，能夠確保開發(fā)的平臺達到課程教學(xué)要求。游戲輔助教學(xué)平臺的核心是游戲引擎的選擇，合適的游戲引擎可以極大地影響平臺的性能和功能，開發(fā)人員應(yīng)該評估不同的游戲引擎，考慮其支持的特性、易用性、性能以及社區(qū)支持等因素。常用的游戲引擎包括Unity和Unreal Engine，它們都提供了豐富的功能和廣泛的支持，適合用于教育領(lǐng)域的開發(fā)。為了讓學(xué)生更好地理解和掌握操作系統(tǒng)的工作原理，游戲輔助教學(xué)平臺應(yīng)該包括虛擬實驗環(huán)境，環(huán)境需要能夠模擬不同的操作系統(tǒng)場景，允許學(xué)生在其中進行實際操作，虛擬實驗環(huán)境可以包括虛擬機、模擬操作系統(tǒng)等，使學(xué)生能夠安全地進行實際操作。不同的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格和節(jié)奏，因此游戲輔助教學(xué)平臺應(yīng)該支持多樣化的學(xué)習(xí)方式，通過提供不同難度級別的任務(wù)、個性化學(xué)習(xí)路徑，以及不同的游戲模式來滿足不同學(xué)生的需求，提高平臺的適用性。游戲輔助教學(xué)平臺的開發(fā)不是一次性的任務(wù)，還需要定期地維護和更新，隨著操作系統(tǒng)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，平臺的內(nèi)容和功能也需要隨之更新，同時平臺應(yīng)該及時修復(fù)漏洞和問題，以確保學(xué)生能夠順利使用，維護和更新是保持平臺長期有效的關(guān)鍵因素。開發(fā)游戲輔助教學(xué)平臺時，不僅要考慮游戲本身，還要提供多樣化的學(xué)習(xí)資源，包括教學(xué)視頻、文檔、在線討論板和互動實驗，以幫助學(xué)生更全面地理解操作系統(tǒng)的各個方面，并提供額外的學(xué)習(xí)支持。社交學(xué)習(xí)在高校教育中具有重要意義，所以游戲輔助教學(xué)平臺應(yīng)當提供社交學(xué)習(xí)機會，可以通過多人在線游戲或合作任務(wù)來實現(xiàn)，讓學(xué)生相互合作，分享經(jīng)驗和知識（見圖1）。

五、高校計算機操作系統(tǒng)課程游戲輔助教學(xué)的未來發(fā)展方向

隨著教育技術(shù)不斷發(fā)展，高校計算機操作系統(tǒng)課程中游戲輔助教學(xué)的未來發(fā)展方向正逐漸顯現(xiàn)，主要包含：第一，個性化學(xué)習(xí)體驗。未來的游戲輔助教學(xué)將更加注重個性化學(xué)習(xí)體驗，通過智能化技術(shù)，游戲平臺可以根據(jù)每個學(xué)生的學(xué)習(xí)速度、興趣和能力水平來調(diào)整游戲難度和內(nèi)容，使學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)，根據(jù)自己的需求定制學(xué)習(xí)路徑，提高學(xué)習(xí)效率。第二，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)有望在游戲輔助教學(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過VR和AR，學(xué)生可以身臨其境地體驗操作系統(tǒng)的工作原理，觀察虛擬計算機系統(tǒng)的運行，以及實時與操作系統(tǒng)互動，能夠幫助學(xué)生更深入地理解操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高學(xué)生的實際操作技能。第三，可訪問性和無障礙性。游戲輔助教學(xué)的未來將更注重可訪問性和無障礙性，開發(fā)者將致力于確保所有學(xué)生，包括有特殊需求的學(xué)生都能夠輕松獲得并參與游戲，將擴大教育的覆蓋范圍，使更多學(xué)生受益于游戲輔助教學(xué)。第四，全球化和多語言支持。未來的游戲輔助教學(xué)將更具全球化視野，游戲平臺將提供多語言支持，使學(xué)生可以用自己的母語學(xué)習(xí)，以此促進國際學(xué)生之間的文化交流和學(xué)習(xí)經(jīng)驗的分享。第五，安全性和隱私保護。在教育技術(shù)發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)安全和隱私保護問題將變得更加重要，未來的游戲輔助教學(xué)平臺將加強安全性措施，確保學(xué)生的個人數(shù)據(jù)得到妥善保護，不受未經(jīng)授權(quán)的訪問。

六、結(jié)語

綜上所述，游戲輔助教學(xué)在高校計算機操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢，不僅提高了學(xué)生的參與度和學(xué)科興趣，還培養(yǎng)了解決實際問題能力、團隊合作精神、創(chuàng)新思維和實踐經(jīng)驗，有助于學(xué)生更好地掌握操作系統(tǒng)的核心概念和技能，提高學(xué)習(xí)成績，為未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。因此，游戲輔助教學(xué)在高校計算機操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用是一種有前景的教學(xué)方法，值得進一步研究和推廣。

參考文獻

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作者單位：吉林警察學(xué)院

責(zé)任編輯：周航