電子科技大學(xué)“計算機(jī)操作系統(tǒng)”精品課程建設(shè)

劉乃琦　蒲曉蓉　劉　丹

計算機(jī)操作系統(tǒng)是最核心、基礎(chǔ)的計算機(jī)系統(tǒng)軟件，計算機(jī)操作系統(tǒng)的設(shè)計原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)是計算機(jī)專業(yè)人員必須掌握的基本知識?！坝嬎銠C(jī)操作系統(tǒng)”是計算機(jī)學(xué)科最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程介紹操作系統(tǒng)的基本原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，是理解計算機(jī)系統(tǒng)工作、用戶與計算機(jī)系統(tǒng)交互和設(shè)計開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)等基本知識結(jié)構(gòu)的重要途徑。其內(nèi)容涉及理論、算法、技術(shù)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)理解有一定難度，作為專業(yè)學(xué)科中一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)課程，計算機(jī)操作系統(tǒng)在計算機(jī)專業(yè)課程體系中扮演著重要的角色。

隨著計算機(jī)技術(shù)、設(shè)備的迅速發(fā)展和應(yīng)用需求的拓展，三十年來，課程內(nèi)容不斷充實(shí)更新，計算機(jī)操作系統(tǒng)今非昔比?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)的內(nèi)容蘊(yùn)涵了什么？知識結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)是什么？操作系統(tǒng)在課程體系中的關(guān)系如何？需要本科學(xué)生理解和掌握什么？如何加深理解和運(yùn)用？課程的發(fā)展如何與時俱進(jìn)？這都是課程建設(shè)必須考慮的問題。

課程歷史與課程建設(shè)

電子科技大學(xué)“計算機(jī)操作系統(tǒng)”課程起源于20世紀(jì)70年代初期。當(dāng)時，隨著計算機(jī)巨頭IBM公司的S/360大型機(jī)系統(tǒng)軟件的推出，對“計算機(jī)操作系統(tǒng)”這個系統(tǒng)軟件的討論遍及全球。以周錫令教授為代表的一批專家學(xué)者敏銳地感覺到“操作系統(tǒng)”將成為計算機(jī)技術(shù)和學(xué)科發(fā)展的重要領(lǐng)域，他們不失時機(jī)地開展了計算機(jī)操作系統(tǒng)的研究和分析。在收集匯總國際上相關(guān)“操作系統(tǒng)”學(xué)術(shù)論文的基礎(chǔ)上，出版了中文“操作系統(tǒng)”論文集（上、下冊）和英文論文集，組建了“操作系統(tǒng)”軟件研究小組，展開了對計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的研究。先后多次舉辦了全國高校和研究單位參加的“操作系統(tǒng)”學(xué)習(xí)班、研討班和培訓(xùn)班，并派教師到國外學(xué)習(xí)相關(guān)操作系統(tǒng)知識。1977級本科學(xué)生就開始采用新的教學(xué)體系，設(shè)置了“操作系統(tǒng)原理”課程。在“操作系統(tǒng)”論文集的基礎(chǔ)上，計算機(jī)專業(yè)湯子瀛和楊成忠老師編寫了《操作系統(tǒng)原理》講義， 1981年，《操作系統(tǒng)原理》教材正式出版。1984年，改名為《計算機(jī)操作系統(tǒng)》，由重慶大學(xué)著名教授童頫主審，作為全國統(tǒng)編教材由西北電訊工程學(xué)院出版社出版，在全國計算機(jī)界產(chǎn)生了很大的影響，并在1987年獲得國家電子部優(yōu)秀教材二等獎。

“操作系統(tǒng)”課程組承上啟下、與時俱進(jìn)，自2001年起，進(jìn)一步完善課程內(nèi)容體系，采用國際優(yōu)秀教材和雙語教學(xué)，進(jìn)行精品課程建設(shè)。以操作系統(tǒng)原理為核心和基礎(chǔ)，并拓展到“操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“嵌入式操作系統(tǒng)”和“大型機(jī)操作系統(tǒng)”等相關(guān)課程，推動多層次、多類型、多應(yīng)用教學(xué)。并以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以系統(tǒng)設(shè)計和軟件構(gòu)架為教學(xué)理念，突出概念、原理等理論內(nèi)容的實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，優(yōu)化課程內(nèi)容，教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化，使學(xué)生受益面不斷拓寬。教學(xué)項目“計算機(jī)主干課程建設(shè)與教學(xué)改革”曾獲2001年度國家教學(xué)成果二等獎。課程組先后出版操作系統(tǒng)教材四部、講義四部，發(fā)表相關(guān)操作系統(tǒng)和教學(xué)改革的論文20余篇，教學(xué)實(shí)驗和教材等項目先后獲得電子科技大學(xué)多項校級獎勵。目前，“計算機(jī)操作系統(tǒng)”課程獲得“教育部-微軟精品課程”建設(shè)項目支持，教材被列入高教出版社“十一五”規(guī)劃教材建設(shè)。在操作系統(tǒng)應(yīng)用研究領(lǐng)域，課程組和項目團(tuán)隊在常規(guī)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、實(shí)時操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、大型機(jī)操作系統(tǒng)等領(lǐng)域也具有較大的優(yōu)勢和獨(dú)到的特色。

知識結(jié)構(gòu)與課程教學(xué)

一門課程的教學(xué)目的是通過該門課程的教學(xué)（講授、討論和實(shí)踐）讓學(xué)生學(xué)習(xí)（了解、理解、掌握、運(yùn)用等）到課程內(nèi)容所提供的知識和技能，構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)，這是對本科生的基本要求。因此，建立計算機(jī)操作系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，設(shè)計和規(guī)劃本科階段的教學(xué)內(nèi)容，就是課程建設(shè)的重要工作，如圖1所示。

掌握計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本原理是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)該方向其他課程和進(jìn)行研究的必備基礎(chǔ)，有著極其重要的學(xué)科地位。課程組以操作系統(tǒng)中成熟、經(jīng)典的思想和設(shè)計算法為核心，緊密結(jié)合當(dāng)代操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，建立以操作系統(tǒng)所管理的資源對象為分類標(biāo)準(zhǔn)、以操作系統(tǒng)的性能為設(shè)計目標(biāo)、以操作系統(tǒng)的各類算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)手段的教學(xué)內(nèi)容體系和風(fēng)格；注重該課程與其他課程的交叉關(guān)聯(lián)，以計算機(jī)組成原理課程為基礎(chǔ)，以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計為實(shí)例，在傳統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代Unix、Linux和Windows操作系統(tǒng)的新特征為案例；強(qiáng)調(diào)研究型教學(xué)，教師積極進(jìn)行教學(xué)研究，探索新的教學(xué)方法和手段，自主提出了“融入式”、“定位式”等教學(xué)新理念，并率先采用雙語教學(xué)，引入國內(nèi)外最新的發(fā)展成果和教學(xué)理念；結(jié)合理論與實(shí)踐，針對學(xué)生的理論理解能力、技術(shù)性實(shí)踐能力、綜合性實(shí)踐能力和探索性實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要，配套課堂實(shí)驗及低、中、高四個層次的實(shí)驗內(nèi)容，使課程理論與實(shí)踐相互促進(jìn)，形成積極的、充滿生機(jī)活力的互動教學(xué)機(jī)制，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

“計算機(jī)操作系統(tǒng)”是一門理論性、實(shí)踐性并重的基礎(chǔ)核心課程，內(nèi)容抽象、課程教學(xué)難度大。為提高課程教學(xué)質(zhì)量，針對教學(xué)難點(diǎn)，研究教學(xué)方法，融入教學(xué)過程，探索教學(xué)改革，課程組采用了如下教學(xué)方法和教學(xué)手段。

1．合理選用教材和參考書，保持教學(xué)內(nèi)容的時代性和先進(jìn)性

教材是影響教學(xué)內(nèi)容的一個非常重要的因素。現(xiàn)代操作系統(tǒng)工程實(shí)踐和技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)開發(fā)技術(shù)被淘汰或被改進(jìn)，新的開發(fā)思想和基本概念不斷出現(xiàn)，并應(yīng)用到當(dāng)前流行的操作系統(tǒng)產(chǎn)品中。要求“操作系統(tǒng)原理”的教學(xué)內(nèi)容必須及時更新，適應(yīng)發(fā)展，與時俱進(jìn)。否則，難以使學(xué)生學(xué)以致用，勢必影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而影響教學(xué)質(zhì)量。通過采用原版教材，加大參考與輔導(dǎo)學(xué)習(xí)，自編教材，靈活采用雙語教學(xué)的方式，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

2．強(qiáng)調(diào)教師素質(zhì)，通過教學(xué)研究和科研工作提高教師業(yè)務(wù)水平

作為教學(xué)主體之一，教師必須及時更新自己的知識，不斷學(xué)習(xí)，提高業(yè)務(wù)水平。多年來，課程組始終堅持收集和閱讀與操作系統(tǒng)有關(guān)的各種資料和文獻(xiàn)，并結(jié)合科研項目對操作系統(tǒng)開展了大量的研究工作，參加了若干有影響的操作系統(tǒng)軟件的開發(fā)。在課堂教學(xué)中，介紹研究方向和學(xué)科前沿，吸引本科學(xué)生參與教師的科研工作，拓展自己的視野。

3．精心備課，突出教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性

如何組織課程內(nèi)容，使其成為一個有機(jī)整體，是課程組必須解決的問題。通過較長時間的探索，我們認(rèn)為必須首先幫助學(xué)生建立操作系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)輪廓，然后再介紹各部件內(nèi)容。同時，我們還總結(jié)出“突出總體結(jié)構(gòu)、深入講解部件”的教學(xué)原則。而且，整個教案的內(nèi)容組織注重引導(dǎo)學(xué)生探討各種知識的內(nèi)在聯(lián)系和技術(shù)的引入背景，注重知識的理解，而非簡單記憶?；谶@樣一條明確主線，學(xué)生的學(xué)習(xí)更具方向性和目的性，學(xué)習(xí)效果明顯提高。

4．科學(xué)授課，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性

課堂教學(xué)是整個教學(xué)活動的另一重要環(huán)節(jié)，課堂組織是否科學(xué)合理會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量和效果。課程組總結(jié)出了一些有效的措施。

* 明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，采用啟發(fā)式教學(xué)。興趣是促進(jìn)學(xué)習(xí)的巨大動力，教師有義務(wù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，尤其是理論性較強(qiáng)的課程。所以，在課程之初就必須清楚地告訴學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的目的，講清不同學(xué)習(xí)對象（如一般計算機(jī)用戶、程序員、系統(tǒng)分析員、系統(tǒng)管理員）的學(xué)習(xí)目的，根據(jù)學(xué)生已經(jīng)遇到的問題結(jié)合教學(xué)內(nèi)容激發(fā)學(xué)生思考，探索問題的答案。

* 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理安排教學(xué)進(jìn)度，注重節(jié)奏教學(xué)?！安僮飨到y(tǒng)”課程內(nèi)容的概念多而抽象，而從抽象到設(shè)計又是理論到工程的轉(zhuǎn)換，本科學(xué)生缺乏系統(tǒng)和工程的概念，因此，是一個難點(diǎn)。我們在課程進(jìn)度方面采用“先慢后快”的節(jié)奏?！跋嚷笔菫榱俗寣W(xué)生有充足的時間消化新概念，也讓學(xué)生適應(yīng)教師的授課風(fēng)格；“后快”是當(dāng)學(xué)生基本掌握了該課程的主要概念以后，可以適當(dāng)加快教學(xué)進(jìn)度，以便按時完成教學(xué)計劃。

* 精心準(zhǔn)備，激情授課，強(qiáng)調(diào)交互式教學(xué)。教學(xué)方法需要強(qiáng)調(diào)講課的高度激情，以教師高昂的情緒感染學(xué)生，避免“滿堂灌”。課程組要求教師在課前要根據(jù)內(nèi)容需要設(shè)計準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)膯栴}，在課堂教學(xué)適當(dāng)?shù)臅r候提出，留給學(xué)生適當(dāng)?shù)乃伎紩r間。同時，鼓勵學(xué)生提問，根據(jù)學(xué)生反饋信息和問題，與學(xué)生探討問題的解決，而非給出答案。這種交互式方式，學(xué)生非常樂于接受。

* 深入淺出，理論聯(lián)系實(shí)際，突出原理的應(yīng)用。如何將高深的理論用淺顯的語言表述是教學(xué)方法的技巧。操作系統(tǒng)中的“并行與并發(fā)”、“進(jìn)程與線程”的概念是理解的難點(diǎn)，我們結(jié)合當(dāng)前主流操作系統(tǒng)產(chǎn)品（如Windows和Unix系統(tǒng)中的多任務(wù)執(zhí)行，多層調(diào)用等）的具體示例進(jìn)行講解，從應(yīng)用角度和生活常識形象生動地解釋理論，開拓了學(xué)生的思維。

* 以人為本，誠心與學(xué)生交朋友，推崇親情教學(xué)?！安僮飨到y(tǒng)”課程對象通常是大學(xué)三年級學(xué)生，此時，很多學(xué)生正處于人生規(guī)劃決策的關(guān)鍵時期，作為老師與長者，幫助他們健康成長是義不容辭的職責(zé)。以講授課程知識為基礎(chǔ)，輔以講授人生發(fā)展與規(guī)劃，幫助他們解除成長過程中的煩惱，把他們當(dāng)作朋友，對于推動教學(xué)工作是非常有益的，這種“親情式”教學(xué)手段往往能收到良好的教學(xué)效果。

5. 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)，合理進(jìn)行學(xué)生考核

遵循學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的整體規(guī)劃，基于系統(tǒng)設(shè)計和軟件模塊設(shè)計的思路，課程組利用較好的實(shí)驗室條件，開設(shè)“實(shí)驗室課堂”，構(gòu)建“操作系統(tǒng)案例庫”，結(jié)合課程實(shí)驗、應(yīng)用實(shí)驗和綜合實(shí)驗加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)編程與內(nèi)核模塊設(shè)計的能力。這些案例既作為教學(xué)，也供學(xué)生自行設(shè)計或復(fù)現(xiàn)，優(yōu)秀作品又進(jìn)入案例庫循環(huán)，使學(xué)生能即學(xué)即用，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，對抽象概念通過實(shí)踐環(huán)節(jié)理解，拓展深層次思考，對學(xué)生的能力訓(xùn)練收到很好的效果。案例如圖2和圖3所示。

6. 靈活運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)平臺，提高教學(xué)質(zhì)量

在精品課程建設(shè)過程中，教學(xué)網(wǎng)站是一項充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)，拓寬教學(xué)資源使用和學(xué)生受益范圍的舉措，也是讓學(xué)生更大程度獲得需要的信息和知識，了解整個課程教學(xué)過程，讓學(xué)生參與到我們的教學(xué)中來，形成師生共建、共促質(zhì)量的模式。教學(xué)網(wǎng)站的建立，基于CERNET西南中心結(jié)點(diǎn)和校園網(wǎng)，利用教師社區(qū)發(fā)布課件，利用留言板與學(xué)生交流答疑，通過電子郵件向?qū)W生提供課外輔導(dǎo)渠道等，既對本專業(yè)學(xué)生提供了共享與交流環(huán)境，也為其他專業(yè)和遠(yuǎn)程教學(xué)提供了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

7. 操作系統(tǒng)發(fā)展的系列學(xué)術(shù)交流

學(xué)術(shù)交流是提高課程教學(xué)質(zhì)量的另一種途徑。操作系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展日新月異，為使學(xué)生了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢，課程組組織了有關(guān)操作系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的系列講座。根據(jù)“操作系統(tǒng)”課程內(nèi)容及相關(guān)課程在今后學(xué)科中的應(yīng)用，講述應(yīng)用需求對操作系統(tǒng)的要求。此外，還邀請國內(nèi)外專家進(jìn)行學(xué)術(shù)交流（如Intel、IBM、Mircrosoft、Nokia等公司技術(shù)專家），了解操作系統(tǒng)發(fā)展動向等。通過這些課程講座，使學(xué)生充分領(lǐng)略該課程在科學(xué)研究和應(yīng)用開發(fā)中的重要作用，使學(xué)生學(xué)習(xí)目的更加明確。

課程的主要特色

“計算機(jī)操作系統(tǒng)”課程的建設(shè)和教學(xué)過程體現(xiàn)了電子科技大學(xué)本科教學(xué)中的理論、技術(shù)與工程結(jié)合的特點(diǎn)。其特色體現(xiàn)在：

1）堅持基礎(chǔ)核心，帶動多層次、多類型教學(xué)，構(gòu)建先進(jìn)課程內(nèi)容體系

以本科“操作系統(tǒng)原理”為基礎(chǔ)核心，形成多層次、多類型教學(xué)，層次分明、思路清晰，內(nèi)容彼此呼應(yīng)，系列課程與實(shí)驗相互配套，保證了理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和資源輔助教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

2）強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)與創(chuàng)新，實(shí)施“循環(huán)案例”和“師生共建”的教學(xué)模式

靈活實(shí)施雙語教學(xué)，開設(shè)“實(shí)驗室課堂”，構(gòu)建“案例庫”，通過教案電子化、教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化、參考資料廣域化、師生交流多樣化，強(qiáng)化課程內(nèi)容的理解和運(yùn)用。鼓勵本科學(xué)生參與教師的科研工作，通過分析和模塊設(shè)計，不斷完善“案例庫”，師生共同參與課程建設(shè)，保證課程質(zhì)量。

3）強(qiáng)調(diào)與時俱進(jìn)，優(yōu)化課程內(nèi)容，保持與現(xiàn)代操作系統(tǒng)發(fā)展同步

以現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)架為教學(xué)理念，以并行處理技術(shù)和智能管理技術(shù)為重點(diǎn)，以技術(shù)和設(shè)備發(fā)展為驅(qū)動，以應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施為特點(diǎn)進(jìn)行課程內(nèi)容講授。同時，課程組積極開展教學(xué)研究和科研應(yīng)用項目，在常規(guī)操作系統(tǒng)（Windows, Unix/Linux）、嵌入式操作系統(tǒng)（WinCE, Em-Linux, VxWorks）、移動終端操作系統(tǒng)（Symbian等）和大型主機(jī)操作系統(tǒng)（z/OS）等方面開展研究工作，以科研促進(jìn)教學(xué)，收到明顯的效果。

總結(jié)

電子科技大學(xué)“計算機(jī)操作系統(tǒng)”課程具有深厚的歷史積淀和教學(xué)經(jīng)驗，在國內(nèi)同類課程教學(xué)上有較明顯的特色和優(yōu)勢，體現(xiàn)了電子科技大學(xué)本科教學(xué)中強(qiáng)調(diào)理論、技術(shù)與工程結(jié)合的特點(diǎn)。課程建設(shè)與時俱進(jìn)并持續(xù)發(fā)展，在采用國際優(yōu)秀原版教材，靈活實(shí)施雙語教學(xué)的基礎(chǔ)上，使自編教材達(dá)到較高的水平，教材先后被列為全國統(tǒng)編教材（1984）、全國推薦教材（1997）、全國“十五”規(guī)劃教材（2003）和全國“十一五”規(guī)劃教材（2006）。課程建設(shè)提出“操作系統(tǒng)”系列課程和系列實(shí)驗，開出分層次的配套實(shí)驗課程，強(qiáng)化理論的理解和運(yùn)用。

通過課程建設(shè)，我們也認(rèn)識到：

1）操作系統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步完善，在時間和驗證評價指標(biāo)上需要進(jìn)一步探索，類型需要進(jìn)一步更新。

2）雙語教學(xué)問題需要認(rèn)真思考并靈活掌握，在教材、理解、語言和學(xué)生接受程度等方面需要進(jìn)一步實(shí)踐。

3）國內(nèi)外教學(xué)和學(xué)術(shù)交流需要進(jìn)一步拓寬。

4）操作系統(tǒng)教學(xué)如何體現(xiàn)創(chuàng)新能力的問題需要進(jìn)一步探索，如在思維、革新和應(yīng)用上的創(chuàng)新。

5）希望兄弟院校的同行與我們一起將這門課程真正做成精品課程。