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摘要:本文在分析目前操作系统教学中存在的问题的基础上,结合笔者多年的操作系统教学经验,从操作系统的教学内容、教学方法、实践环节及其双语教学和课程网站建设等方面探讨了“操作系统”课程教学改革与实践。
关键词:操作系统;教学改革;实践教学
作者简介:张素莉(1974-),女,吉林长春人,长春工程学院电信学院,副教授,工学博士,主要研究方向:人工智能及其应用;潘欣(1978-),男,吉林长春人,长春工程学院电信学院,讲师,工学博士,主要研究方向:遥感信息处理。(吉林 长春 130012)
基金项目:本文系长春工程学院2008年校内教改项目的研究成果。
“操作系统”是计算机专业的核心课程之一,其课程内容涉及到高级语言程序设计、数据结构、计算机硬件原理、计算机接口与外设、计算机体系结构等不同门类的计算机专业知识,因此,如果学生的知识基础不扎实,又缺乏系统性学习的习惯,就会导致很难理解操作系统的原理,学习过程很吃力,使得大多数学生一般只能采用死记硬背的方式进行学习,由此导致教学效果达不到预期的目标,教学质量无法得到有效保证。本文结合笔者的教学实践,给出“操作系统”课程的教学改革过程的体会,并通过实际教学,证明了改革的有效性。
一、目前操作系统课程教学中存在的问题
“操作系统”的教学在计算机学科的课程体系中占据重要地位,而且操作系统也是IEEE-CS和ACM联合专题组发表的CC(Computing Curricula)2001报告提出的14个知识领域之一,我国的中国计算机学会教育委员会、全国高等院校计算机教育研究所提出的“计算机专业教学计划1993”也把“操作系统”列为一门主要的课程。因而,“操作系统”的教学受到了各个学校计算机及其相关专业的重视,很多人就操作系统、教学过程中的教学内容、教材、教学方法、教材的选择及其实验课程设计的开设等环节进行深入研究,但总体来讲,目前在操作系统的教学中仍然存在以下几个问题。
1.教学内容抽象、枯燥,学生学习兴趣不高
作为计算机专业的核心课程,“操作系统”是一门知识点多、概念性强、较为抽象的课程,因此,目前在国内的“操作系统”课程教学中多数学校“重理论,轻实践”,授课教师只注重理论教学而忽视了理论与实践相结合的具体内容,使得原本就抽象的理论在授课中变得更加枯燥抽象,学生很难理解,甚至出现了“操作系统”学习无用论的思想,学生学习兴趣降低,学习效果变差,单纯的为了应付考试而学习,没有真正的动手去剖析或者设计一个具体的操作系统,只了解“操作系统”的皮毛,没能理解其真正的内涵。
2.仍然采用单一的“灌输式”教学方法
虽然现在多数学校在教学中利用多媒体教室完成课堂教学,但是教学课件仅仅是对课本内容的“copy”,在教学中没能够充分发挥学生的主动性,缺乏与学生的互动交流,由于目前国内各学校学生人数都较多,很难实现讨论式的课堂教学,难以调动学生的积极性,因此,就使得课堂变成授课教师一个人的舞台,采取“灌输式”的教学,教学方法单一,忽略了学生在课堂中的主体地位,间接导致上述问题的出现。
3.缺乏适应不同层次学生需求的好教材
就目前而言,国内的“操作系统”教材仍然偏重于理论的讲解和描述,缺乏与操作系统发展前沿的有机结合,使得多数教材中仅仅是枯燥地论述了操作系统中的知识点,注重经典知识点的论述,忽视了与实际操作系统的有机结合,不能满足不同层次学生的需求。
4.忽视课程间的内在联系
计算机专业各课程是一个统一的整体,触类旁通,不能割裂,在这个课程体系中,“操作系统”处于承上启下的作用,课程讲授中需要有关“数据结构”、“计算机组成原理”等课程的知识,而操作系统中的诸如并发、进程调度等对后继课诸如“网络安全”、“数据库原理”等具有重要意义,因此,没有操作系统理论基础的程序员通常不具备设计好的并发和多线程算法的能力。
二、“操作系统”课程教学改革的实践
1.教学内容的改革
长春工程学院(以下简称“我校”)是一所以“培养工程应用型人才”为办学定位和办学特色的普通二本学校,因此,为了适应学校“培养具有基础扎实,知识面宽,应用能力强,综合素质高的高级专门应用型人才”的人才培养理念,我们确定了适用对于不同层次的学生和学科专业“操作系统”课程的理论教学大纲、实验教学大纲及其课程设计大纲,突出强调课程的理论与实践相结合。
虽然CC2004中把“操作系统”共分为12个核心知识单元(OS1-OS12),共需要40个核心学时,包括:操作系统概述(2学时)、操作系统原理(4学时)、并发性(12学时)、调度与分派(6学时)、内存管理(10学时)、设备管理(2学时)、安全与保护(2学时)、文件系统(2学时)、实时和嵌入式系统、容错、系统性能评价和脚本等内容,但是根据我校学生的基本情况,在计算机科学与技术专业的人才培养方案中给“操作系统”课程56学时,其中12学时作为实验学时,此外,在开设“操作系统”的学期末,还开设了为期一周的“操作系统”课程设计,用以强化操作系统原理的实践过程。根据实际情况,制定了该门课程的理论教学大纲、实验教学大纲和课程设计教学大纲。我们以CC2004为指导,结合学生的实际情况,我们在教学中以“资源管理”为主线,将课程的教学分为6个部分,每个部分的主要内容和学时分配情况如表1所示。
从表1中我们可以看出,在实际教学过程中我们强化了处理器管理及其存储管理的教学,将教学中超过2/3的学时用于这两部分的教学,其主要原因在于我校的人才培养定位是培养应用型的在工程一线进行工作的技术人才,而对于计算机专业的本科毕业生而言,大多数学生将来会走向程序开发的工作岗位,在实际的程序开发设计工作中,诸如并发、锁、死锁、调度等问题是最常见的应用,因此,我们将主要的教学时数分配给处理器管理。又因为在课程设置中,紧随在理论课之后有为期1周的“操作系统”课程设计,因此,理论课授课过程中的实驗环节主要是让学生有感性的认识,了解操作系统的核心工作,其主要的设计工作留在课程设计环节中实现。
2.教学方法的改革
为了获得优异的课堂教学效果,激发学生的学习热情,我们在教学过程中采用多种不同的教学方法相结合的手段,摒弃传统的“灌输式”教学,充分利用多媒体资源和网络资源,将互动教学、案例教学有机结合,同时融入类比式的讲解,获得较好的教学效果。
在教学过程中我们遵循“教为主导,学为主体”的教学思想,充分利用课堂上的互动教学,调动学生在课堂上的参与意识,积极主动学习,同时,我们利用学校的Blackboard平台,建立课程的学习网站,利用网络的提问和发帖功能,将课程的学习延续到课堂之外,通过给定期评出的发展优秀精品贴的学生增加平时成绩的方式,激发学生的学习热情和主动性,也利用这种方式给学生提供了主动思维的空间,充分调动了全体师生的学习积极性,进而提高了教学质量,也让学生充分理解和认识到操作系统学习的重要性、操作系统的原理知识与后续课程的关系,及其对将来工作的影响。
在教学中我们还将操作系统中的抽象的原理运用“由表及里”的分析方法,采用案例引导学生的思考,例如在讲解有关进程的同步问题的时候,我们利用火车车厢问题、分苹果问题、老和尚小和尚打水问题及其独木桥问题等实例进行分析,同时还寓教于乐,将这些问题变形,激发学生的学习热情。同时也将类比融入教学,例如在讲解进程同步与互斥的多种软件解决方法时,就采用类比现实中矛盾双方解决问题时所用的互争、互让、轮流、及其仲裁的解决方案,通过类比现实问题或其他行业相关问题的解决方案能够有效促进学生对抽象原理的理解和掌握。通过实践,多种不同的教学手段、教学方法的有机融合,有效地提高了教学效果和学生参与学习的热情。
3.实践教学的改革
“操作系统”是一门理论性很强的课程,实践环节在整个课程的教学中起到了重要的作用,但是,由于其理论性太强,导致目前多数的实践环节的教学效果并不理想。我们在实践环节的在教学中,充分吸取相关学校的经验,采用在理论课授课中进行相关原理性认知的仿真实验,实践理论课程中讲到的各种原理和方法。在单独开设的课程设计环节,我们将学生分组进行团队协作,采用真实实践题目和源码分析有机结合的方式,使得学生学习并掌握团队协作、文档编写、调试测试等重要的专业技能,同时,学生通过实践环节,不仅更加深刻地理解并掌握了操作系统核心原理,最重要的是将专业基础课程的知识与动手相互结合,激发了学生的专业学习热情,有效地提高专业技能,也为学生今后的职业规划与长远发展奠定了基础。
4.双语教学
我校积极贯彻教育部在2001年4号文件《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中提出“力争在三年内,外语教学课程要达到所开课程的5%～10%”的规定,积极开展双语教学工作,操作系统是我校开展双语教学的试点课程之一,从2003年秋季学期开始到现在,我们已经完成五个年级的“操作系统”双语教学的实践。在教学中,我们最初采取分级教学的策略,学生根据自己的英语水平选择参加双语课程还是参加汉语的授课,通过平时成绩的小幅提高、小论文及多种不同教学方式使用,越来越多的学生选择参加双语课程的教学,到2007年为止,操作系统的课程教学已经完全采用双语形式。在授课中,我们经过多方对比,选择了机械工业出版社出版的经典原版书库中的由著名的计算机教育专家Andrew.S.Tanenbaum编著的《Modern Operating System》作为教材,在授课过程中利用中英结合的方式完成课程教学。本课程将继续在今后的教学中进行实践,不断完善双语教学的模式,进一步提高教学质量。
5.课程网站的建设
随着计算机网络的发展和使用,在教学过程中的网络辅助教学已经成为课程教学的有力助手。而网络辅助教学的关键就在于平台的建设,我校为了进一步提高教学效果,引进了Blackboard教学平台,“操作系统”课程在原有的课程网站的基础上,积极利用该平台,建设了“操作系统”课程教学网站,将课程所需的大量的教学资源,诸如教学文件,主讲教师的课件、课程学习的辅助资源等上网,同时利用该平台也实现了在线学习、在线测试、在线提交作业、在线论坛等辅助教学功能,有效地促进了教学质量的提高。
三、结束语
“操作系统”是计算机专业的核心课程之一,在计算机专业的教学体系中具有重要的作用。笔者结合自身多年来操作系统的教学经验和课程建设的过程,从教学内容、教学方法、实践环节等方面对“操作系统”课程改革进行了探索。虽然笔者的课程建设工作得到了肯定,但是,通过教学实践我们认识到“操作系统”课程建设仍然存在诸如实践环节、双语教学等问題需要进一步完善,我们将进一步努力工作,为操作系统的教学和发展贡献自己的绵薄之力。
参考文献:
[1]Andrew.S.Tanenbaum.Modern Operating System(Third Edition)[M].China Machine Press.2009.
[2]赵正德,吴绍春,陶永振,钟紫鲮.“操作系统”课程教学改革与建设的研究与实践[J].计算机教育,2009,(14):16-18.
[3]刘乃琦,蒲晓蓉,刘丹.计算机操作系统精品课程建设[J].计算机教育,2006,(7):17-20.
[4]王知非,徐鹏,满娜.操作系统课程教学改革与实践[J].计算机教育,2008,(6):107-108.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:操作系统;教学改革;实践教学
作者简介:张素莉(1974-),女,吉林长春人,长春工程学院电信学院,副教授,工学博士,主要研究方向:人工智能及其应用;潘欣(1978-),男,吉林长春人,长春工程学院电信学院,讲师,工学博士,主要研究方向:遥感信息处理。(吉林 长春 130012)
基金项目:本文系长春工程学院2008年校内教改项目的研究成果。
“操作系统”是计算机专业的核心课程之一,其课程内容涉及到高级语言程序设计、数据结构、计算机硬件原理、计算机接口与外设、计算机体系结构等不同门类的计算机专业知识,因此,如果学生的知识基础不扎实,又缺乏系统性学习的习惯,就会导致很难理解操作系统的原理,学习过程很吃力,使得大多数学生一般只能采用死记硬背的方式进行学习,由此导致教学效果达不到预期的目标,教学质量无法得到有效保证。本文结合笔者的教学实践,给出“操作系统”课程的教学改革过程的体会,并通过实际教学,证明了改革的有效性。
一、目前操作系统课程教学中存在的问题
“操作系统”的教学在计算机学科的课程体系中占据重要地位,而且操作系统也是IEEE-CS和ACM联合专题组发表的CC(Computing Curricula)2001报告提出的14个知识领域之一,我国的中国计算机学会教育委员会、全国高等院校计算机教育研究所提出的“计算机专业教学计划1993”也把“操作系统”列为一门主要的课程。因而,“操作系统”的教学受到了各个学校计算机及其相关专业的重视,很多人就操作系统、教学过程中的教学内容、教材、教学方法、教材的选择及其实验课程设计的开设等环节进行深入研究,但总体来讲,目前在操作系统的教学中仍然存在以下几个问题。
1.教学内容抽象、枯燥,学生学习兴趣不高
作为计算机专业的核心课程,“操作系统”是一门知识点多、概念性强、较为抽象的课程,因此,目前在国内的“操作系统”课程教学中多数学校“重理论,轻实践”,授课教师只注重理论教学而忽视了理论与实践相结合的具体内容,使得原本就抽象的理论在授课中变得更加枯燥抽象,学生很难理解,甚至出现了“操作系统”学习无用论的思想,学生学习兴趣降低,学习效果变差,单纯的为了应付考试而学习,没有真正的动手去剖析或者设计一个具体的操作系统,只了解“操作系统”的皮毛,没能理解其真正的内涵。
2.仍然采用单一的“灌输式”教学方法
虽然现在多数学校在教学中利用多媒体教室完成课堂教学,但是教学课件仅仅是对课本内容的“copy”,在教学中没能够充分发挥学生的主动性,缺乏与学生的互动交流,由于目前国内各学校学生人数都较多,很难实现讨论式的课堂教学,难以调动学生的积极性,因此,就使得课堂变成授课教师一个人的舞台,采取“灌输式”的教学,教学方法单一,忽略了学生在课堂中的主体地位,间接导致上述问题的出现。
3.缺乏适应不同层次学生需求的好教材
就目前而言,国内的“操作系统”教材仍然偏重于理论的讲解和描述,缺乏与操作系统发展前沿的有机结合,使得多数教材中仅仅是枯燥地论述了操作系统中的知识点,注重经典知识点的论述,忽视了与实际操作系统的有机结合,不能满足不同层次学生的需求。
4.忽视课程间的内在联系
计算机专业各课程是一个统一的整体,触类旁通,不能割裂,在这个课程体系中,“操作系统”处于承上启下的作用,课程讲授中需要有关“数据结构”、“计算机组成原理”等课程的知识,而操作系统中的诸如并发、进程调度等对后继课诸如“网络安全”、“数据库原理”等具有重要意义,因此,没有操作系统理论基础的程序员通常不具备设计好的并发和多线程算法的能力。
二、“操作系统”课程教学改革的实践
1.教学内容的改革
长春工程学院(以下简称“我校”)是一所以“培养工程应用型人才”为办学定位和办学特色的普通二本学校,因此,为了适应学校“培养具有基础扎实,知识面宽,应用能力强,综合素质高的高级专门应用型人才”的人才培养理念,我们确定了适用对于不同层次的学生和学科专业“操作系统”课程的理论教学大纲、实验教学大纲及其课程设计大纲,突出强调课程的理论与实践相结合。
虽然CC2004中把“操作系统”共分为12个核心知识单元(OS1-OS12),共需要40个核心学时,包括:操作系统概述(2学时)、操作系统原理(4学时)、并发性(12学时)、调度与分派(6学时)、内存管理(10学时)、设备管理(2学时)、安全与保护(2学时)、文件系统(2学时)、实时和嵌入式系统、容错、系统性能评价和脚本等内容,但是根据我校学生的基本情况,在计算机科学与技术专业的人才培养方案中给“操作系统”课程56学时,其中12学时作为实验学时,此外,在开设“操作系统”的学期末,还开设了为期一周的“操作系统”课程设计,用以强化操作系统原理的实践过程。根据实际情况,制定了该门课程的理论教学大纲、实验教学大纲和课程设计教学大纲。我们以CC2004为指导,结合学生的实际情况,我们在教学中以“资源管理”为主线,将课程的教学分为6个部分,每个部分的主要内容和学时分配情况如表1所示。
从表1中我们可以看出,在实际教学过程中我们强化了处理器管理及其存储管理的教学,将教学中超过2/3的学时用于这两部分的教学,其主要原因在于我校的人才培养定位是培养应用型的在工程一线进行工作的技术人才,而对于计算机专业的本科毕业生而言,大多数学生将来会走向程序开发的工作岗位,在实际的程序开发设计工作中,诸如并发、锁、死锁、调度等问题是最常见的应用,因此,我们将主要的教学时数分配给处理器管理。又因为在课程设置中,紧随在理论课之后有为期1周的“操作系统”课程设计,因此,理论课授课过程中的实驗环节主要是让学生有感性的认识,了解操作系统的核心工作,其主要的设计工作留在课程设计环节中实现。
2.教学方法的改革
为了获得优异的课堂教学效果,激发学生的学习热情,我们在教学过程中采用多种不同的教学方法相结合的手段,摒弃传统的“灌输式”教学,充分利用多媒体资源和网络资源,将互动教学、案例教学有机结合,同时融入类比式的讲解,获得较好的教学效果。
在教学过程中我们遵循“教为主导,学为主体”的教学思想,充分利用课堂上的互动教学,调动学生在课堂上的参与意识,积极主动学习,同时,我们利用学校的Blackboard平台,建立课程的学习网站,利用网络的提问和发帖功能,将课程的学习延续到课堂之外,通过给定期评出的发展优秀精品贴的学生增加平时成绩的方式,激发学生的学习热情和主动性,也利用这种方式给学生提供了主动思维的空间,充分调动了全体师生的学习积极性,进而提高了教学质量,也让学生充分理解和认识到操作系统学习的重要性、操作系统的原理知识与后续课程的关系,及其对将来工作的影响。
在教学中我们还将操作系统中的抽象的原理运用“由表及里”的分析方法,采用案例引导学生的思考,例如在讲解有关进程的同步问题的时候,我们利用火车车厢问题、分苹果问题、老和尚小和尚打水问题及其独木桥问题等实例进行分析,同时还寓教于乐,将这些问题变形,激发学生的学习热情。同时也将类比融入教学,例如在讲解进程同步与互斥的多种软件解决方法时,就采用类比现实中矛盾双方解决问题时所用的互争、互让、轮流、及其仲裁的解决方案,通过类比现实问题或其他行业相关问题的解决方案能够有效促进学生对抽象原理的理解和掌握。通过实践,多种不同的教学手段、教学方法的有机融合,有效地提高了教学效果和学生参与学习的热情。
3.实践教学的改革
“操作系统”是一门理论性很强的课程,实践环节在整个课程的教学中起到了重要的作用,但是,由于其理论性太强,导致目前多数的实践环节的教学效果并不理想。我们在实践环节的在教学中,充分吸取相关学校的经验,采用在理论课授课中进行相关原理性认知的仿真实验,实践理论课程中讲到的各种原理和方法。在单独开设的课程设计环节,我们将学生分组进行团队协作,采用真实实践题目和源码分析有机结合的方式,使得学生学习并掌握团队协作、文档编写、调试测试等重要的专业技能,同时,学生通过实践环节,不仅更加深刻地理解并掌握了操作系统核心原理,最重要的是将专业基础课程的知识与动手相互结合,激发了学生的专业学习热情,有效地提高专业技能,也为学生今后的职业规划与长远发展奠定了基础。
4.双语教学
我校积极贯彻教育部在2001年4号文件《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中提出“力争在三年内,外语教学课程要达到所开课程的5%～10%”的规定,积极开展双语教学工作,操作系统是我校开展双语教学的试点课程之一,从2003年秋季学期开始到现在,我们已经完成五个年级的“操作系统”双语教学的实践。在教学中,我们最初采取分级教学的策略,学生根据自己的英语水平选择参加双语课程还是参加汉语的授课,通过平时成绩的小幅提高、小论文及多种不同教学方式使用,越来越多的学生选择参加双语课程的教学,到2007年为止,操作系统的课程教学已经完全采用双语形式。在授课中,我们经过多方对比,选择了机械工业出版社出版的经典原版书库中的由著名的计算机教育专家Andrew.S.Tanenbaum编著的《Modern Operating System》作为教材,在授课过程中利用中英结合的方式完成课程教学。本课程将继续在今后的教学中进行实践,不断完善双语教学的模式,进一步提高教学质量。
5.课程网站的建设
随着计算机网络的发展和使用,在教学过程中的网络辅助教学已经成为课程教学的有力助手。而网络辅助教学的关键就在于平台的建设,我校为了进一步提高教学效果,引进了Blackboard教学平台,“操作系统”课程在原有的课程网站的基础上,积极利用该平台,建设了“操作系统”课程教学网站,将课程所需的大量的教学资源,诸如教学文件,主讲教师的课件、课程学习的辅助资源等上网,同时利用该平台也实现了在线学习、在线测试、在线提交作业、在线论坛等辅助教学功能,有效地促进了教学质量的提高。
三、结束语
“操作系统”是计算机专业的核心课程之一,在计算机专业的教学体系中具有重要的作用。笔者结合自身多年来操作系统的教学经验和课程建设的过程,从教学内容、教学方法、实践环节等方面对“操作系统”课程改革进行了探索。虽然笔者的课程建设工作得到了肯定,但是,通过教学实践我们认识到“操作系统”课程建设仍然存在诸如实践环节、双语教学等问題需要进一步完善,我们将进一步努力工作,为操作系统的教学和发展贡献自己的绵薄之力。
参考文献:
[1]Andrew.S.Tanenbaum.Modern Operating System(Third Edition)[M].China Machine Press.2009.
[2]赵正德,吴绍春,陶永振,钟紫鲮.“操作系统”课程教学改革与建设的研究与实践[J].计算机教育,2009,(14):16-18.
[3]刘乃琦,蒲晓蓉,刘丹.计算机操作系统精品课程建设[J].计算机教育,2006,(7):17-20.
[4]王知非,徐鹏,满娜.操作系统课程教学改革与实践[J].计算机教育,2008,(6):107-108.
(责任编辑:苏宇嵬)